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暗黒加速器とパルサー風星雲 --HESSJ1616-514とPSR1617-5055--
松本浩典
目次
• TeVガンマ線未同定天体＝暗黒加速器
• TeVガンマ線パルサー風星雲
• HESSJ1616-508のすざくX線観測
• PSR1617-5055のすざくX線観測
宇宙線: 宇宙を飛び交う高エネルギー粒子
3
宇宙
線フ
ラッ
クス
(流束
)
粒子一粒のエネルギー (eV; 1eV=1.6e-19J)
最大の謎: どこで生まれる？
宇宙線の故郷を観測するには？
宇宙線：磁場で曲がる
電磁波:まっすぐ届く
TeVガンマ線放射
• エネルギー = 1012 eV ~ kT=1016 K
– Cf. X-ray ~ 1keV (103 eV) ~ kT = 107K
• 非熱的な世界のトレーサー
–熱的な発生は無理。
• 1016 Kの天体！？
–非熱的な過程が、宇宙現象に多様さをもたらす。
TeVガンマ線の検出 •通常の観測機器は突き抜ける。地球大気が検出器。
•TeVガンマ線と地球大気でシャワー反応。発生するチェレンコフ光を、望遠鏡+光電子増倍管で電気信号化。
•チェレンコフ光のピークは紫外域
10~20km
~300m
~1°
©H.E.S.S.
2010年2月3日 松本浩典 U研コロキウム 8
TeVガンマ線銀河面サーベイ
•H.E.S.S.望遠鏡による銀河面サーベイ •ガンマ線天体多数発見。しかも多くは広がっている。(角度分解能~2分角)
Chaves et al. 2009 arXiv:0907.0768v1
2010年2月3日 松本浩典 U研コロキウム 9
銀河系内TeVガンマ線天体
• 正体がわかっているもの – X線・ガンマ線連星系 (7) – 激変星 (白色矮星連星系) (1) – 大質量星団(4) – 超新星残骸(22) – 星形成領域(1) – パルサー、パルサー風星雲 (33)
• 正体不明=TeVガンマ線未同定天体 (28)
http://tevcat.uchicago.edu/ より。2011年6月現在
暗黒加速器とも呼ばれる。
暗黒加速器が注目を浴びるわけ
加速陽子
π0
TeVガンマ線
π0
星間雲
加速電子
シンクロトロンX線
TeVガンマ線
低エネルギー光子
陽子起源説 電子起源説
磁場
他波長で暗い高エネルギー陽子の存在宇宙線の故郷！
すざく衛星 硬X線検出器 (HXD)
X線望遠鏡 (XRT) X線CCD (XIS)
+
日本で5番目のX線天文衛星 2005年7月10日打ち上げ
11
すざく衛星の特徴: 高感度
• 驚異の反射鏡枚数(～1400枚)
– 画像より集光能力を重視
• 低バックグラウンドな衛星軌道
12
広がった暗いX線天体の研究に最適。
暗黒加速器の研究に理想的
その他 • 高エネルギー分解能CCD • ワイドレンジ (0.3—600keV; 3桁！)
UX+NASA/GSFC
確かにX線はいなかった
TeV image
Matsumoto et al. 2007
• X線対応天体無し (ぼうっと見えるのは銀河面X線放射) • F(X) < 3e-13 erg/s/cm^2 • F(TeV)/F(X) > 55 … TeVガンマ線の陽子起源示唆
HESSJ1616-508 すざくX線画像
2010年2月3日 松本浩典 U研コロキウム 14
ところが…
• 正体がわかっているもの – X線・ガンマ線連星系 (7) – 激変星 (白色矮星連星系) (1) – 大質量星団(4) – 超新星残骸(22) – 星形成領域(1)
–パルサー、パルサー風星雲 (33) • 暗黒加速器=TeVガンマ線未同定天体 (28)
暗黒加速器のそばには、パルサーがいる場合が多い。
暗黒加速器は、オフセットパルサー風星雲では？
パルサー風星雲(Pulsar Wind Nebula) 典型例かに星雲
高速回転中性子星による、電磁場の竜巻
中性子星の磁場 ~1012G
オフセットPWN 周辺物質の非対称性を反映。中性子星とPWNがずれてもよい。
Blondin et al. 2001
暗黒加速器=オフセットPWN説？
中性子星
高エネルギー電子~10^14eVシンクロトロンX線
中エネルギー電子~10^12 eV 逆コンプトン散乱 TeVガンマ線 低エネルギー電子~10^9eV
シンクロトロン電波
HESSJ1616-508の場合
INTEGRAL 18-60keV
PSRJ1617
Landi et al. 2007
XMM-Newton 0.5-10keV
PSRJ1617
SNR RCW103
高エネルギーX線源PSRJ1617-5055が存在
しかし、PSRJ1617にはPWNが発見されていない
教訓:PWN TeV天体の典型例HESS J 1825-137
30arcmin~30pc @4kpc
HESS J1825-137
Aharonian et al. 2006
H.E.S.S TeV γ excess map
PSR J1826-1334
Distance from Pulsar (deg) P
ho
ton
Ind
ex Γ
•Spin-down luminosity ~ 2.8×1036 erg s-1
•Characteristic age 21.4 kyr (Clifton 1992) •D~4kpc
softening
すざく以前のX線観測 (XMM-Newton)
PSR J1826-1334 (B1823-13)
Photon index ~ 2.3 NH~1.4×1022/cm2 LX~3×1033 erg s-1
1arcmin~1pc@4kpc
Pulsar
PWN
XMM-Newton
0.5-10keV
H.E.S.S TeV γ excess map
Gaensler et al. 2003 なぜこんなにX線は小さい？
XMMの感度では見つからないだけ？ すざくの高感度なら何か見つかるか？
すざく観測: ものすごく広がったPWN
XIS 3F 1-9 keV
source
6arcmin ~6pc@4kpc
2006/9 50ksec
bgd
すざく衛星は、XMM-Newtonで検出できなかった広がったX線の存在を実証
TeV image
Uchiyama, H., Matsumoto, H. et al., PASJ, 2009, 61, S189
HESSJ1825
X-ray spectra Region A Region B
Region C Region D
Γ=1.78(1.68-1.88)
Γ=1.99(1.91-2.08)
Γ=2.03 (1.95-2.14) Γ=2.03 (1.95-2.14)
A
B
C
D
少なくとも17pc(15分角)まではphoton indexに変化なし。電子は冷えていない。
=pulsar+PWN
HESSJ1825
HESSJ1825のSpectral Energy Distribution
• 2keVのX線を出す電子のシンクロトロン冷却時間
– T~2000yrs (B/7uG)^(-3/2)
• この時間に15pcを進む
– V~9000km/s (B/7uG)^(3/2)
– そうではなく、PWNのあらゆる場所で電子加速？
TeVもX線も電子起源とすると、B~7μG
PSRJ1617にPWNはあるのか？
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TeVガンマ線位置
パルサーPSRJ1617-5055
XMM-Newton衛星によるX線イメージ
超新星残骸RCW103
Landi et al. 2007
すざくの高感度ならパルサー風星雲が見えるのか？
HESSJ1616&PSRJ1617を再度すざくで観測
TeVガンマ線画像 2005年の観測
2009年の観測 PSRJ1617
X線画像 0.4—3keV band 3—10keV band
SNR RCW103+ダスト散乱 PSRJ1617-5055
画像解析: PWNは発見できず
点源と考えて矛盾なし。
赤:データ点 白: PSF
スペクトル解析 PSRJ1617の べき型スペクトル
RCW103の熱的スペクトル
NH=3.5(+/-1.6)e21cm-2 kT=0.61(+/-0.3)keV
NH=4.50(+/-0.65)e21cm-2 Γ=1.72(+/-0.14)
結論
• HESSJ1616-508近傍のパルサーPSRJ1617-5055は、確かにエネルギー天体。しかし、PWNは発見できなかった。HESSJ1616-508とは無関係ではないか。
• 暗黒加速器の一部はPWNかもしれないが、そうでないのも存在するのではないか。
