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宇宙加速器の天文学 挑戦的な課題

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宇宙加速器の天文学 挑戦的な課題. 内山 泰伸 (Yale University). 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!. 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

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宇宙加速器の天文学挑戦的な課題

内山 泰伸 (Yale University)

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日本の高エネルギー天文の創始者

HXD NeXT 2003.11.7

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!

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高エネルギー陽子の検出方法は?

HXD NeXT 2003.11.7

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  COMPTEL 感度が足りない

π0ガンマ線GLAST / チェレンコフ望遠鏡

早川先生の

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。

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新たな宇宙線陽子の観測方法を提唱

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, 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

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荷電パイ中間子シンクロトロンX線放射

HXD NeXT 2003.11.7

(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= 10B100uG-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)

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PeV 陽子は見え始めている???

HXD NeXT 2003.11.7

SNR RX J1713.7-3946

未同定 TeV ガンマ線源

(Aharonian et al. 2002)

(Fukui et al. 2003)

チャンドラ (Butt et al.)

c.f. Uchiyama et al. 2003

Cyg X-3 ? OB stars ?

X線は非常にうまく説明

できるが、TeVγ線は難しい

x uchiyama et al 2002
逆制動X線放射 (Uchiyama et al. 2002)

HXD NeXT 2003.11.7

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

LX = 10-4 β εkeV Le/p

単一エネルギーの電子/陽子

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

検出可能な光度

逆制動放射が卓越する可能性 (Lp >> Le)

特徴的なフラットスペクトル

Lx = 1033 erg/s for Lp = 1038 erg/s

  • Fx = 10-11erg/cm2s @ 1kpc detectable

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!

multi mev
Multi-MeV 陽子は見え始めている?

HXD NeXT 2003.11.7

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

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まとめ

HXD NeXT 2003.11.7

  • 「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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