電子温度 - 宇宙線研究室

今までのＳＮＲの研究
標準的力学的進化の
シナリオ
これが形態（Shelllike) とスペクトル
(NEI) を規定している
衝撃波
原子(イオン)、電子の加熱
mv2 = 3kT
イオン温度
エネルギー輸送
電子温度
ＮＥＩ
電離温度
ＣＩＥ
NEI

CIE
Thin Thermal Spectrum を持つSNRの分類
1. Shell-like SNR
力学的進化を反映した形態とスペクトルをもつ：
Canonical model
解析方法: NEI, PSHOCK 観測も多い
2. Mixed Morphology (MM) SNR
進化、構造形成のシナリオがない
解析方法も確立していない 観測が少ない
Key Project
Thermal Plasma in MM-SNRsの新シナリオ
実験主導：明るいMM-SNRのスペクトル
○ MM-SNR のスぺクトルはSuzakuの
Legacyになるか
1. 観測がすくない 意外な発見が眠っている
（実験主導型研究＝Ｘ線天文の魅力）
2. Chandra, XMMでは出来ない。
Suzaku：低バックグランド、高分解能、高感度
例：Radiative Recombination Continuum (RRC：粒子衝突電
離Plasmaからは初めて) 過電離Plasma
（Recombining Plasma: RP):
日本（Suzaku）が発信する新科学
vs 未電離（Ionizing Plasma ：IP=NEI)
○ どんな新展開が期待できるか
RPのMM-SNRは ( IC443, W44, W28,
W49B, G359.1-0.5) 全てTeV、 GeV Sources
発信
米国
SSS
まずは、RRC がもつ明白なインパクト=元素組成
RPでは連続成分はRadiative
G359.1-0.5の例
Recombination Continuum
1-CIE
(RRC) がDominantである。
kT
Ab
(Si) Ab(S)
すると kTeが低くなる。
RRC
0.77 2.3
2.5
excitation lineが減る。
2-CIE
(abundances-link)
元素組成比が大きくなる
Bremss
0.55 11
23 5 (high-T)
Recomination が line に寄与
RP Model
cascade によりline が増える
12
17 0.77 (kTz)
元素組成比が小さくなる 0.29
W28-Center のスペクトル (Sawada et al)
正しい元素組成をだすにはPlasma
状態を知ることが必須
kT= 0.90 keV
kTe=0.47,
kTz=0.96
Bremss に頼らない Line, RRC diagnosis が必須
Suzakuで元素組成を見直そう (特にMM-SNR)
そして、Astro-H のPath Finderに
ＡＳＣＡ：
Shell-like
SNR
MM SNR
RP Region
Shell-like 比べ、
ＭＭ-ＳＮＲの
Ｓｕｚaｋｕ観測はわ
ずか
Ｇ３５９．１
IP (NEI)
Region
Kawasaki et al.
Suzakuは
ASCAから何を変
たか？
電子温度：元素組
成を大きく変えた
Recombinnig Plasma(RP)の物理学
Ionizing Plasma はSNRの力学的進化を反映
Canonical model : Shell-like, NEI, PSHOCK
Recombining Plasma は初期の爆発機構と環
境（過去の事件）を記憶している (MM-SNR)。
どんな事件があったか、真犯人の解明を
モデルはこれという見込み捜査でなく
RP成因の解明に物的証拠を
Ｗ４９Ｂ
IC443
分子雲
分子雲と相互作用
は東側 西側では
急激な断熱冷却？
より広範な領域で過電離 
初期の現象＋その後の進化
○ 初期の光電離（e.g. ＧＲB)
か？ f >1050erg (X-ray)
(OB star UVと同じ桁)
TeV/GeV
Source ○ 初期のrarefaction ?
○ 粒子加速と関連か？
（RPのMM-SNR：IC443, W44, W28,
W49B, G359.1-0.5 は全て TeV、
GeV Sources
）
南側で分子雲
と相互作用＝熱伝導
による電子冷却？
初期のrarefaction
高密度のCSMで Te=Ｓｈｅｌｌ－ｌｉｋｅでの通常のDiffusive
Tz 低密度のＩＳＭへbreak out
Shock断熱膨張で
Accelerationではエネル
Te 小
ギーはKnee
までいかない。
○ 衝撃波の速度が急上昇
(通常の描像より速度大)。
短時間で高エネルギー
に(速度の2乗に比例する）。
（宇宙線加速エネルギー問題）
 ISMの低密度状態では熱的粒子とのCoulomb衝突が抑え
MM-SNRのこのＮｅｗＳｃｉｎａｒｉｏ
られるので、加速された粒子はさらに加速されやすくなる
で、この問題が解決するか？。
log r
(pc)
ＩSM
n ~小
1
0
CSM
n ~大
log t (year)
1
2
Itoh & Masai
3
Big solar flare
RP associated
with Hard X-ray
Ｔｚ
記憶
電
離
温
度
ＨａｒｄＸ
事件
電離平衡
Ｔｅ
時間（～1000 sec）
(Kato and Masai)
電子温度
nt で規格するとＳNRでは数万年に相当する
GeV・TeV/RP : 何が鍵か、どんな発展が期待？
Supra -Thermal (加速器のイオン源＝CR Injector)
0.5 keV + 2 keV RP
 Ｃros-Coupling
Model (->Astro-H)
フ
ラ
ッ 0.9 keV CIE
ク
ス
0.5keV CIE
Low Energy
Electrons
Thermalの数％で
RRC, RＰに効く
再結合
: CR Injector
GeV/TeV
Supra Thermal
(2 keV)
： Highly Ionize
MM-SNRはShell-like
より
強いイオン源を持つ？
X-ray Energy
Ｓｉの電離
RPの意義、どう発展をするか：未知の予測
宇宙線加速の根っこ (Injector)
Supra Thermal  RP
 GeV, ＴｅＶ天文学
ＲＰそのものの意義
RRC: 電子温度、Bremss を正確にきめる
 元素組成
 隠れたＨａｒｄ成分を浮き上がらせる
Line, RRC 情報はＰｌａｚｍａＤｉａgｎｏｓｉｓの根幹
 Astro-H のＰａｔｈＦｉｎｄｅｒ
RPだけではない
MM-SNRには意外な
新たな発見がある。
金鉱を探そう
G344
なんて
強いAl
|
なんて強いCr !
Fe, Niも異常
|
3C397
日本から新たな知を世界
に発信する 無バイアス
探査を！
G344
それは実験（観測）主導
型の宇宙物理研究である。
!
Tycho

X線天文学の魅力
(Yamaguchi
et al., submitted to ApJ
を思い出そうではないか
A大のＸ線グループは存続の危機にあった !
も
“暗黒物質の推定やブラックホール関係など「あす
か」の成果は一杯あるが、何となく二番煎じのようで、
「すざく」がという成果を！
他分野に対して、
明確なVisibility
「すざく」
ではなを。
く、「あすか」でさえ、
もう一つ興奮に欠けた。そんな中でSN1006の速報
を聞いたとき「これはすごい！」と興奮した。
…それほどに意外性があった。“
ダメ
「夏はなぜ暑いか」（岩波書店、佐藤文隆）から抜粋。
です
２番で
「すざく」も二番煎じの印象でない情報の発信を、でない
はダメ
と「Ａ大危機」はいたるところでありうる。
ですか
Target List (priority order) from the ASCA results
-----------------------------------------------------------------------------------------------
Name
kTe He-α(Si)* Size(arcmin)
Obs(ksec) &
------------------------------------------------------------------------------------------------
G349.7+0.2+ \
Kes 79+
G292.0+1.8
G350.1-0.3
G290.1-0.8
Kes27
G272.2-3.2
G337.2-0.7
1.1
0.7
0.5
1.46
0.63
0.55
0.73
0.85
0.13
0.5
0.5
0.3
0.2
0.2
0.15
0.08
3
10
12×8
4
19×14
21
15
6
160
50
40
70
110
120
150
200 $$
---------------------------------------------------------------------------------------------
* peak values of Si Heα (unit is arbitrary) from ASCA,
For comparison, the Heα flux in W49B is ~1.
+ maser source
\ GeV source
$$Truncated to 2/3
&
Observation time is estimated by the simulation
assuming that RP spectrum is Tz/Te = 1.4 (typical)
and that CIE model is rejected with > 3σ level.
e.g. Simulation for Kes 79 (50 ksec: Upper Left)
& G337.2-0.7 (200 ksec: Lower Left and Right.)
CIE: Kes 79
CIE: G337.2
Te (keV)
0.635 (0.626 -- 0.645)
Tz (keV)
0.635 (0.626 -- 0.645)
Tz/Te
---
Z_Si (solar)
1.23 (1.17 -- 1.29)
Z_S (solar)
1.39 (1.32 -- 1.47)
Z_Ar (solar)
1.11 (0.843 -- 1.38)
chi2/dof
572.43/418 = 1.40
Te (keV)
0.495 (0.477 -- 0.514)
Tz (keV)
0.713 (0.675 -- 0.750)
Tz/Te
1.44 (1.38 -- 1.49)
Z_Si (solar)
1.82 (1.71 -- 1.93)
Z_S (solar)
2.25 (2.05 -- 2.45)
Z_Ar (solar)
2.19 (1.64 -- 2.79)
chi2/dof
447.50/417 = 1.07
CIE
RP
おわり
以下はおまけ
Astro-Hへの先導研究 = 宇宙高温プラズマの物理
（Pure Plasma）
縮退したS-Kα Line Energy 診断
 縮退を解いた診断（新たな物理）
Excitation (w) vs
Cascade, Recombination line (z) : RP
kTz
kTe
例：z/wはDensity 診
断のみではない。
Plasma はもっと奥が
深い
例
1. SuzakuはkTe-kTz面上に
1.2
z/w
データをPlotできる。
Kα
Energy がこの描像に乗るか
をFine
Structureで実証する。
kTz
2. その推定から外れるもの
Plasmaバルクモーション？
0.3
0.3
kTe
1.2
Non/Supra-thermal
components or Else ？
これらのターゲット選び
Fe Kα < 6.7 keV
ＩｏｎｉｚｉｎｇＰｌａｓｍａ
ｋTe=3 keV
kTz=1 keV
Cas A
Recombining
Plasma
ｋTe=1keV
kTz=3 keV
W49B
(1) Initial condition kTz >>kTe  Canonical
SNR Photo-ionization by GRB and
Afterglow: W49B
(2) Canonical SNR, kTe is cooled down by
thermal conduction to clouds.
(3) Explosion in a dense CSM (high kT CIE
plasma) break-out to the ISM  kTe cooling
by adiabatic expansion.
(4) Ionization by supra /non-thermal electrons
(big solar flares: a RP phenomena and a hard
X-ray tail ). Hard X-ray is hidden behind the
continuum .
All the RP-detected SNRs (5 MM-SNRs) are
------------------------------------------------------------------------------------Name
kTe1 kTz kTe2
TeV GeV
-------------------------------------------------------------------------------------------RP detected-----W28
0.47 0.96
Y
Y
W44
0.55 0.71
Y
Y
W49B
1.5
2.7
Y
Y
IC443
0.6
1-1.2
Y
Y
G359.1-0.5 0.29 0.77
Y
----possibly detected-----G346.6-0.2 0.7
1.0
----Non-detection of RP -----G344.7-0.1 0.95
5.0
G348.5+0.1 0.4
0.9
Y
Y
G355.6-0.0 0.6
3C397
?
Back: Proper Project
3C391
?
IP
Blue: Sub Product
---------------------------------------------------------------------------------------Captions: “Y” marks in the row of TeV,
GeV,
OH and MC
Red
:AO5
RPだけではない
MM-SNRには意外な
W49B
新たな発見がある。日本から新たな知を世界
に発信する 無バイアス
探査を！
金鉱を探そう
3C397
Ｃａ
なんて
強いCr
!
それは実験（観測）主導
型の宇宙物理研究である。
未知の金鉱がまだあ 
る！それを捜そう。 X線天文学の魅力
を思い出そうではないか

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