宇宙加速器の天文学 挑戦的な課題 内山 泰伸 (Yale University) HXD NeXT 2003.11.7 日本の高エネルギー天文の創始者 小田先生 ブラックホールの天文学 早川先生 宇宙加速器の天文学 超新星残骸、パルサー風 マイクロクェーサー 活動銀河核ジェット 銀河団 根本的な未解決問題 陽子の加速が全く不明 宇宙線の主成分は陽子なのに！ HXD NeXT 2003.11.7 高エネルギー陽子の検出方法は？ 電子 シンクロトロン放射、逆コンプトン散乱など 電磁放射 パワー ∝ (加速度)2 ∝ 1/(質量)2 陽子は困難 陽子 MeV 核ガンマ線 早川先生の π0 ガンマ線 COMPTEL 感度が足りない GLAST / チェレンコフ望遠鏡 X線・硬X線検出器は、早川先生の時代と比べて、 遥かに高感度。 HXD NeXT 2003.11.7 新たな宇宙線陽子の観測方法を提唱 「荷電パイ中間子シンクロトロンX線放射」: (Aharonian 2003, Uchiyama et al. 2003 in prep) PeV protons エネルギーフロンティアの拡大 「逆制動X線放射」: 高密度ガス中での特徴的な制動X線放射 (Uchiyama et al. 2002) Multi-MeV protons 隠れた非熱的エネルギー HXD NeXT 2003.11.7 荷電パイ中間子シンクロトロンX線放射 (Aharonian 2003) 宇宙加速器は陽子を 1015 eVまで加速するはず （放射損失の激しい電子では難しい、、、) 中性パイ中間子の生成と崩壊によるガンマ線 チェレンコフ望遠鏡は > 10 TeV (Ep> 1014 eV) に感度がない 新しいアイデア: 荷電パイ中間子起源のシンクロトロンX線 p + p → π- ( t= 107 n-1 yr) π- → μ-+νμ ( t= 10-15 yr ) μ- → e- + νe +νμ ( t= 10-13 yr ) e- + B → synch. X-ray ( t= 10 B100uG-1.5 yr) たとえば SNR＋分子雲 を考えると、検出可能な 硬X線フラックス 10-12 erg/s cm2 (if Ep > PeV) HXD NeXT 2003.11.7 PeV 陽子は見え始めている？？？ SNR RX J1713.7-3946 (Fukui et al. 2003) c.f. Uchiyama et al. 2003 X線は非常にうまく説明 できるが、TeVγ線は難しい 未同定 TeV ガンマ線源 (Aharonian et al. 2002) チャンドラ (Butt et al.) Cyg X-3 ? OB stars ? HXD NeXT 2003.11.7 逆制動X線放射 (Uchiyama et al. 2002) 電離損失が支配的な場合の制動X線放射／逆制動X線放射の光度 単一エネルギーの電子／陽子 LX = 10-4 β εkeV Le/p 1. Power-law 分布の電子／陽子でも実質的に単一エネルギー分布から のX線放射 2. 検出可能な光度 Lx = 1033 erg/s for Lp = 1038 erg/s Fx = 10-11erg/cm2s @ 1kpc detectable 3. 逆制動放射が卓越する可能性 (Lp >> Le) 4. 特徴的なフラットスペクトル 微分スペクトルε-Γ 光子指数Γ=1 (1.2) の power-law (extremely flat-spectrum) 観測的に全く未知の非相対論的陽子を探る手段になる 特徴的なフラットスペクトルを持つX線放射を探す！ HXD NeXT 2003.11.7 Multi-MeV 陽子は見え始めている？ 星生成領域 RCW 38 (Wolk et al. 2002) ハードなスペクトル OK 星風エネルギーが 効率良く宇宙線加速に回れば Lp=1038 erg/s --> LX =1033 erg/s X線光度も OK γCygni (Uchiyama et al. 2002) AX J1714 (Uchiyama et al. 2002) NGC 6334 江副D論 HXD NeXT 2003.11.7 まとめ 「宇宙加速器の天文学」最大の難題：陽子 高感度のX線硬X線観測によって PeV 陽子と MeV 陽子の探査が可能になる ことがわりとリーズナブルな仮定から予言できる。 実際、X線で徴候が見え出している（かも）。 --- PeV 陽子 20%の自信 --- MeV 陽子 50%の自信 簡単には信じない方が健全ですけど、、、
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