Fermi Bubble の電子2次加速モデル

ＦｅｒｍｉＢｕｂｂｌｅ
と銀河中心の巨大構造
2014年6月6日(金) 佐々木健斗
ＦｅｒｍｉＢｕｂｂｌｅ
5
1 GeV < E < 2 GeV
2 GeV < E < 5 GeV
90
90
45
45
0
0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
-0.5-45
keV cm-2 s-1 sr-1
keV cm-2 s-1 sr-1
1.0
-45
-0.5
-1.0-90
180
90
0
-90
-180
-90
180
90
5 GeV < E < 10 GeV
0
-90
-180
10 GeV < E < 20 GeV
0.8 90
90
0.6
0.4
45
0.4
0.2
0.2
0
0
0.0
0.0
-45
-0.2
keV cm-2 s-1 sr-1
keV cm-2 s-1 sr-1
45
-45
-0.2
-0.4
-90
180
90
0
-90
-180
-90
180
90
Fermi-LATのγ線データから点源(AGNなど)を除くと・・・
0
-90
-180
Su et al.(2010)より
Fig. 2.— A ll-sky residual maps aft er subt ract ing t he Fer mi diffuse Galact ic model from t he L AT 1.6 year maps in 4 energy bins (see
他の波長帯との相関（マイクロ
波）
(23GHz)
Planck (30GHz + 44GHz)
Planck(赤+黄)+Fermi(青)
Dobler et al.(2010)
Planck collaboration(2012)
他の波長帯との相関（Ｘ線）
(1.5keV)
緑(1-5GeV)とROSATデータ Su et al.(2010)
γ線と電波(上図)及びX線(下図)
ＦｅｒｍｉＢｕｂｂｌｅ
Su et al.(2010)
NASA


γ線（&電波）の双極構造+縁にＸ線の構造
エネルギー源は中心のＢＨ（ＳｇｒＡ＊～１０６Ｍ
☉）への質量降着ｏｒジェットｏｒ爆発的
ＦｅｒｍｉＢｕｂｂｌｅ




銀河面から南北に広がる非常に巨大な双極構
造
ｈａｒｄなスペクトル(指数が～-２)を持つ
境界面（ｅｄｇｅ）で明るさが急激に変化
衝撃波構造を示唆
～10kpc
明るさが全体で一様
放射源は一体
何なのか？
Ｃｈｅｎｇｅｔａｌ.
ＦｅｒｍｉＬＡＴでの観測結果（１００-５００ＧｅＶ）
点源を除いてある（Ａｃｋｅｒｍａｎｎｅｔａｌ. ,２０１３）
Projection効果
上から見た
Bubble
上から見た
Bubble
観測者
全体が一様
に放射する
場合
射影すると
中心付近
が強く見え
る
観測者
Shell状に放射
する場合
射影すると
縁付近が
強く見える
Projection効果
上から見た
Bubble
観測で見られるような全体に
一様な強度を再現するには、
放射の空間分布を工夫する
必要がある
２つのモデル


ハドロンモデル(ex. Crocker&Aharonian 2011)
・陽子(p)を加速し、p+p→π0→２γのように放射
・加速機構は、ｓｈｏｃｋでの１次Ｆｅｒｍｉ
加速が採用されることが多い
・２次電子からのシンクロトロン放射でＷＭＡ
Ｐ-ｈａｚｅも説明できるが、ＲＯＳＡＴの放射
はうまくいかない
レプトンモデル(ex. K.S.Cheng et al. 2011)
・電子(ｅ)を加速し、逆コンプトン(ＩＣ)でγ線
放射
２つのモデル


ハドロンモデル(ex. Crocker&Aharonian 2011)
・π0の静止質量（～１４０MeV）に対応するカットオフ
・冷却が効きにくく、高エネルギー側はカットなし？
レプトンモデル(ex. K.S.Cheng et al. 2011)
・低エネルギー側のカットはなしか
・冷却が早いため、高エネルギー側にカットオフ
２次Ｆｅｒｍｉ加速


ランダム運動する星間雲や磁場の乱れなどの
乱流による加速
スペクトルの指数は加速源によって様々に変
化
２次加速の様子は、乱流の振る舞いに大きく
左右される
宇宙線の移流拡散方程式
移流拡散方程式

f
  u  f
 Df  u    f 
p
0
t
3
p
変形、冷却・ｉｎｊｅｃｔｉｏｎの効果を外挿
n   2
 n 
n
  dp 
  D 2   n   Q  0
  p Dpp
2 
t p 
p p 
p p  dt 
加
速
ｅｓｃａｐｅ
冷却
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
ｔａｃｃ＝ｐ２/Ｄｐｐ、ｔｅｓｃ＝Ｌ２/Ｄ、ｔｃｏｏｌ＝ーｐ/（ｄｐ/ｄｔ）とすると、こ
れらの大小関係からスペクトルの形が決まる！
加速効率の位置依存
ｓｈｏｃｋからの距離ごとの各
項の時間（上）
と
電子数密度スペクトル（下）
のエネルギー依存性
（Ｍｅｒｔｓｃｈｅｔａｌ．２０１１）
加速効率の位置依存
フラックスの観測結果
及び以前のモデルと
の比較
（Ｍｅｒｔｓｃｈｅｔａｌ．２０１１）
加速効率の位置依存
以前までのモ
デル（点線）に
比べて、観測結
果（ｓｈａｒｐな
エッジ、一様な
表面輝度）をよ
りよく再現！
高エネルギー
では縁が明るく
なることを予言
（Ｍｅｒｔｓｃｈｅｔａｌ．２０１１）
計算結果例
新たな観測結果
2.3GHz帯における偏光強度マップ（Carretti et al .2013）

偏光観測で見つかった構造は、片側に流れてい
る？
ジェット的構造ではなく、ｓｔａｒｂｕｒ
ｓｔを示唆？
ま




と
め
銀河中心には巨大構造が存在（電波～γ線）
γ線の放射（ＦｅｒｍｉＢｕｂｂｌｅ）を説明
するために、ハドロンモデルとレプトンモデ
ルの２つが存在
一様な表面輝度とｓｈａｒｐなエッジ再現の
ために、空間的に一様ではない分布を考える
必要
ＴｅＶ領域の観測により、放射過程の区別が
できる可能性がある
ＣＴＡなどでの観
測に期待

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