新星晩期型星 or 赤色巨星 (IR ~ Optical) 白色矮星 (X-rays) 降着円盤 (Optical ~ UV) 2/59

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ふみなひろき
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1 X 線による古典新星の研究京都大学武井大 ( 立教大学 )

2 新星晩期型星 or 赤色巨星 (IR ~ Optical) 白色矮星 (X-rays) 降着円盤 (Optical ~ UV) 2/59

3 3/59

4 4/59 擬似光球 (Optical (Optical) ~ UV)

5 5/ 擬似光球 (Optical ( 超軟 X ~線 UV) )? ダスト? (Near-IR)

6 1 擬似光球 ( 超軟 X 線 ) 2 衝撃波 ( 熱的 X 線 ) 6/59 3 加速した粒子? ( 非熱的 X 線 )

7 もくじ 1. 古典新星について - 古典新星とX 線 - X 線観測の意義 2. X 線による観測 - 方法と装置の紹介 - すざく衛星による観測結果の紹介 3. 議論 4. まとめと展望 7/59

8 星 ( 恒星 ) の一生と白色矮星恒星は中心の核融合による圧力と重力収縮が均衡したシステム質量により進化シナリオが異なる 8M 以下. : 8~20M. : 20M 以上. : 白色矮星中性子星ブラックホール白色矮星は恒星の取り得る 3 つの最終形態のうちの 1 つ 8/59

9 9/ 白色矮星の大きさ地球 R ~ 6400 km 白色矮星 R ~ 6000 km 太陽 ( 恒星 ) R ~ km 中性子星 R ~ 10 km ブラックホール R ~ 2GM/c 2

10 10/59 Primary Star (White Dwarf) Degenerate star (electron degenerate) - Mass limit : M ch ~ 1.4 M. (Chandrasekhar 1931) Mass-Radius relation - More massive WDs are smaller (Nauenberg 1972) (Light) (Heavy) CO ONe

11 古典新星と X 線硬 X 線質量降着 (2&3) ( 主に水素のガス ) 質量降着エジェクタ ( 主に水素のガス ) ( 核燃焼の生成物 + 白色矮星の物質 ) N O C Mixing? 超軟 X 線 (1) TNR ( 軽い ) CO ONe C O N Mg 白色矮星の表面が体積物 Ne 高温かつ高圧になる Si ( 主に水素のガス ) TNR ( 重い ) Mixing? 11/59 Mixing...? TNR : Thermo Nuclear Runaway

12 典型的な光度曲線 IR Radio 2 熱的 X 線? 1 超軟 X 線? 3 非熱的 X 線? (+ ガンマ線...?) 12/59 Bode, M. F. 2009, Astronomische Nachrichten, in press. (arxiv: )

13 もくじ 1. 古典新星について - 古典新星とX 線 - X 線観測の意義 2. X 線による観測 - 方法と装置の紹介 - すざく衛星による観測結果の紹介 3. 議論 4. まとめと展望 13/59

14 14/59 研究の意義とにかく数が多い ( 超新星爆発の約千倍 ) a. 最後には超新星爆発 (Ia 型 ) を起こす? b. 飛び散ったガスは銀河の化学組成に効く? c. 宇宙線粒子加速への寄与は? X 線ガンマ線の観測データは皆無高エネルギー放射はどこから来るのか? 誰もやっていない ( 最重要項目!) 観測装置の発達と人脈で可能となった論文が書きやすい ( 1 paper source -1 )

15 a. 超新星爆発への道静穏状態 Ia 型超新星爆発? 爆発時質量増加... 15/59 質量損失... 超軟 X 線から WD の質量推定熱的 X 線からエジェクタの診断質量推移の見積もりが可能極めて良質な観測が必要... ;

16 16/59 b. 銀河の化学組成古典新星は超新星爆発よりも圧倒的に数が多いエジェクタの化学組成は銀河にも影響する? 個々の古典新星は熱的 X 線から調査が可能多くの観測結果からの系統的な理解が重要となる WD 速度の違いにより衝撃波が形成 X 線エジェクタからの X 線

17 17/ c. 宇宙線の起源現在宇宙線の起源は超新星残骸という説が有力古典新星の爆発は超新星爆発と類似点が多い超新星と同様に衝撃波で粒子が加速されるかも? SNR (SN 1006) Shock Wave 上流下流 Diffusive Shock Acceleration

18 18/59 研究の意義とにかく数が多い ( 超新星爆発の約千倍 ) a. 最後には超新星爆発 (Ia 型 ) を起こす? b. 飛び散ったガスは銀河の化学組成に効く? c. 宇宙線粒子加速への寄与は? X 線ガンマ線の観測データは皆無高エネルギー放射はどこから来るのか? 誰もやっていない ( 最重要項目!) 観測装置の発達と人脈により可能となった論文が書きやすい ( 1 paper source -1 )

19 もくじ 1. 古典新星について - 古典新星とX 線 - X 線観測の意義 2. X 線による観測 - 方法と装置の紹介 - すざく衛星による観測結果の紹介 3. 議論 4. まとめと展望 19/59

20 20/59 X 線による観測の現状 1. 古典新星が発見される

21 21/59 e.g., Classical Novae : V5582 Sagittarii : V1213 Centauri : V5581 Sagittarii : V5583 Sagittarii : V2672 Ophiuchi : V5584 Sagittarii : V496 Scuti : KT Eridani : V1722 Aquilae ( 高兴 ) (G. Pojmanski) ( 西山浩一, 椛島富士夫 ) ( 西山浩一, 椛島富士夫 ) ( 板垣公一 ) ( 西山浩一, 椛島富士夫 ) ( 西村栄男 ) ( 板垣公一 ) ( 西山浩一, 椛島富士夫 )

22 X 線による観測の現状 1. 古典新星が発見される - 可視の最大光度やスペクトルから判断して Swift 衛星で短時間の即応観測 22/59

23 Swift 衛星 NASA の γ 線バースト探査衛星 (2004 年 11 月 20 日 ) 非常に素早く衛星の向きを変更する事が可能空き時間に古典新星などの追観測も実施 γ 線バーストアラート望遠鏡 (BAT) X 線望遠鏡 (XRT) 可視 - 紫外線望遠鏡 (UVOT) 23/59

24 24/ X 線望遠鏡 (XRT)

25 25/59 Page, K. L., et al. 2009, MNRAS, 1602 Swift 衛星の観測 (e.g., V2491 Cyg)

26 X 線による観測の現状 1. 古典新星が発見される - 可視の最大光度やスペクトルから判断して Swift 衛星で短時間の即応観測 - X 線が検出された場合は様々な衛星で詳細分光観測 26/59

27 Chandra 衛星 NASAのX 線天文衛星 (1999 年 7 月 23 日 ) Great Observatories 計画第 3 弾現在最高の空間分解能を持つ X 線 CCDカメラ (ACIS-I, ACIS-S) X 線透過型回折格子 (LETG, METG, HETG) X 線高解像度カメラ (HRC)

28 XMM-Newton 衛星 ESAのX 線天文衛星 (1999 年 12 月 10 日 ) 現在最高の集光力を持つ X 線 CCDカメラ (EPIC-MOS, EPIC-PN) X 線分散分光器 (RGS) 可視光モニター (OM)

29 29/59 Page, K. L., et al. 2009, MNRAS, 1602 Ness, J.-W., 2007 ( X 線分散分光器による観測 Swift 衛星のスペクトル NVII 明るい状態のみ観測が可能 NVI OVIII

すざく衛星日本で5 番目のX 線天文衛星 (2005 年 7 月 10 日 ) 高い分光能力と集光力低いバックグラウンド 4 桁もの広いエネルギー帯域で同時観測が可能 X 線 CCDカメラ (XIS) 硬 X 線検出器 (HXD) X-ray Satellite Suzaku ( すざく ) 30/59 http://www.

30 すざく衛星日本で5 番目のX 線天文衛星 (2005 年 7 月 10 日 ) 高い分光能力と集光力低いバックグラウンド 4 桁もの広いエネルギー帯域で同時観測が可能 X 線 CCDカメラ (XIS) 硬 X 線検出器 (HXD) X-ray Satellite Suzaku ( すざく ) 30/59

jp/suzaku_xoops/modules/newbb/download.php?

1149042392000 Suzaku すざく衛星の検出器 XRS XIS HXD (0,1, 2,3)

31 31/ Suzaku すざく衛星の検出器 XRS XIS HXD (0,1, 2,3) (PIN,GSO) Bandpass 0.2 ~ 12 kev 15 ~ 600 kev Spatial Resolution Not-Working... ~2 arcm. (HPD) N/A Energy Resolution ~130 6 kev ~4.0 kev (PIN) Time Resolution 8 sec 61μsec

32 すざく衛星と古典新星高集光力中分光能力低バックグラウンド広いエネルギー帯域 ( kev) 10 kev 以上での高い感度...> 即応観測を実施 32/59

33 X 線による観測の現状 1. 古典新星が発見される - 可視の最大光度やスペクトルから判断して Swift 衛星で短時間の即応観測 - X 線が検出された場合は様々な衛星で詳細分光観測 - 結果を本講演にて紹介! 33/59

34 もくじ 1. 古典新星について - 古典新星とX 線 - X 線観測の意義 2. X 線による観測 - 方法と装置の紹介 - すざく衛星による観測結果の紹介 3. 議論 4. まとめと展望 34/59

35 35/59 ROSAT ALL-Sky X-ray Background Survey ( kev) Suzaku View : Classical Novae 3 V2491 Cyg ( ) - Takei et al. (2009), ApJL, 697, 54 - Takei et al. (2010), AN, 331, Takei et al., in prep. 5 U Sco ( ) - Takei et al., in prep. 2 V458 Vul ( ) - Tsujimoto et al. (2009), PASJ, 61, S69 4 V2672 Oph ( ) - Takei et al., in prep. 1 Suzaku J ( ) - Takei et al. (2008), PASJ, 60, S231

36 36/59 Bode, M. F. 2009, Astronomische Nachrichten, in press. (arxiv: ) 光度曲線と観測時期 V2491 Cyg (2 回 ) V2672 Oph (2 回 ) V458 Vul (1 回 ) Suzaku J (1 回 ) IR U Sco (3 回 ) 2 熱的 X 線 Radio? 3 非熱的 X 線?? 1 超軟 X 線

37 37/59

38 38/59 ROSAT ALL-Sky X-ray Background Survey ( kev) Suzaku View : Classical Novae 3 V2491 Cyg ( ) - Takei et al. (2009), ApJL, 697, 54 - Takei et al. (2010), AN, 331, Takei et al., in prep. 5 U Sco ( ) - Takei et al., in prep. 2 V458 Vul ( ) - Tsujimoto et al. (2009), PASJ, 61, S69 4 V2672 Oph ( ) - Takei et al., in prep. 1 Suzaku J ( ) - Takei et al. (2008), PASJ, 60, S231

39 39/59 Takei et al. 2008, PASJ, 60, S231 Discovery of Suzaku J Serendipitous discovery of a transient source during a series of routine calibration observations of 1E Position reconstructed; Outside of the XIS FoV.

40 40/59 Takei et al. 2008, PASJ, 60, S231 Suzaku J : Position X-ray Source Optical Source (B0) Error

41 41/59 Takei et al. 2008, PASJ, 60, S231 Suzaku J : Light Curve Decline of the brightness... Suzaku (XIS) Chandra (ACIS) x10 3 Duration is a function of white dwarf mass.

42/59 Takei et al. 2008, PASJ, 60, S231 Suzaku J0105-72 : Spectrum Continuum - Blackbody ( kt ~ 72±2 ev ) WD Atmosphere - O VII Absorption Edge (τ ~ 1.

42 42/59 Takei et al. 2008, PASJ, 60, S231 Suzaku J : Spectrum Continuum - Blackbody ( kt ~ 72±2 ev ) WD Atmosphere - O VII Absorption Edge (τ ~ 1.2 ) Small Magellanic Cloud : 60 kpc - L bol ~ erg s -1 - R WD ~ 10 8 cm All these properties indicate that this is a super-soft source. The temperature and duration are functions of the WD mass. - WD Mass ~ 1.2 M.

43 43/59 ROSAT ALL-Sky X-ray Background Survey ( kev) Suzaku View : Classical Novae 3 V2491 Cyg ( ) - Takei et al. (2009), ApJL, 697, 54 - Takei et al. (2010), AN, 331, Takei et al., in prep. 5 U Sco ( ) - Takei et al., in prep. 2 V458 Vul ( ) - Tsujimoto et al. (2009), PASJ, 61, S69 4 V2672 Oph ( ) - Takei et al., in prep. 1 Suzaku J ( ) - Takei et al. (2008), PASJ, 60, S231

44/59 http://www.astroarts.jp/news/2008/04/12nova_cyg/v2491cyg.jpg Classical Nova V2491 Cygni - Discovery on 2008 April 10.728 (UT) (Nakano et al.

44 44/59 Classical Nova V2491 Cygni - Discovery on 2008 April (UT) (Nakano et al. 2008, IAUC, 8934, 1) - Swift detected X-rays on day 5 (Page et al. 2009, MNRAS, submitted.) - XMM-Newton observed on day 40 and 50 (Ness et al. 2009, in prep.; Takei et al. 2009, in prep.) - X-rays were detected in the pre-nova phase (Ibarra et al. 2009, A&A, 497, L5)

45 45/59 The optical data were provided by the variable star observations from AAVSO International Database and VSOLJ Observation Database V2491 Cyg : 光度曲線 Day 29 Day 9

46 46/59 Takei et al.,2009, ApJL, 697, 54 V2491 Cyg : スペクトル (Day 9) 古典新星から史上最高の 70 kev まで伸びる超硬 X 線スペクトルを検出!! (Takei et al. 2009, ApJL, 697, 54)

47 47/59 Takei et al.,2009, ApJL, 697, 54 V2491 Cyg : スペクトル (Day 9) (Γ= 0.1)

48 Discussion Photon X-ray 48/59 Non-thermal particles - Theoretical works (e.g., Tatischeff & Hernanz 2007) - Radio synchrotron (RS Oph) (e.g., Rupen et al. 2008) - Gamma-ray obs. (V407 Cyg) (Cheung et al. 2010) What is the origin of the very flat power-law spectra...? Magnetic Field + Proton - Electron - Electron Electron - X-ray X-ray 1 2 3

49 Discussion Photon X-ray 49/59 Power-law Spectrum - Photon Index - Energy Index - Photon Flux - Energy Flux Electron Population - Distribution - 1 IC, 2 Sync. - 3 Bremss. - Number Index : Γ = 0.1 : α =Γ- 1 : F P (E) E -Γ : F E (E) E -α : N e (E) E -P : P 2Γ- 1 : P Γ- (1/2) : P -0.4 Let s compare the value with that of acceleration models!! Magnetic Field + Proton - Electron - Electron Electron - X-ray X-ray 1 2 3

50 50/ Standard Acceleration Model Diffusive Shock Acceleration model (P 2.0) (e.g., Blandford & Ostriker 1980, ApJ, 237, 793) Flat population cannot be explained... (Takei et al. 2009, ApJL, 697, L54) よくわからない物を新たに発見した SNR (SN 1006)! Shock Wave Upstream Downstream Diffusive Shock Acceleration

51/59 http://arxiv.org/abs/1007.4386 昨日に新たな展開!

51 51/59 昨日に新たな展開!! β + 崩壊 ( 22 Na - 22 Ne) のガンマ線輝線 (511keV+ 1.27MeV) とコンプトン散乱で説明可能らしい... (Suzuki & Shigeyama 2010, ApJ, Submitted)

52 52/59 ROSAT ALL-Sky X-ray Background Survey ( kev) Suzaku View : Classical Novae 3 V2491 Cyg ( ) - Takei et al. (2009), ApJL, 697, 54 - Takei et al. (2010), AN, 331, Takei et al., in prep. 5 U Sco ( ) - Takei et al., in prep. 2 V458 Vul ( ) - Tsujimoto et al. (2009), PASJ, 61, S69 4 V2672 Oph ( ) - Takei et al., in prep. 1 Suzaku J ( ) - Takei et al. (2008), PASJ, 60, S231

53/59 http://www.astroarts.jp/news/2009/08/18nova_oph/noph2009_confirm.jpg Classical Nova V2672 Ophiuchi - Discovery on 2009 August 16.

53 53/59 Classical Nova V2672 Ophiuchi - Discovery on 2009 August (UT) (Nakano et al. 2008, CBET, 1910, 1) - Swift detected X-rays on day 1 (Schwarz et al. 2009, ATel, 2173, 1) - Suzaku observed on days 12 and 22 (Takei et al., in prep.)

54 54/59 The optical data were provided by the variable star observations from the AAVSO International Database contributed by observers worldwide and used in this research. V2672 Oph : Light Curve Day 12 Day 22

55 55/59 V2672 Oph : X-ray Spectra Spectral Intensive evolution Si emission!! line!!

56 もくじ 1. 古典新星について - 古典新星とX 線 - X 線観測の意義 2. X 線による観測 - 方法と装置の紹介 - すざく衛星による観測結果の紹介 3. 議論 4. まとめと展望 56/59

57 57/59 はさておき...

58 59/59 まとめと展望新星の X 線観測はようやく可能となってきた爆発初期の観測は新発見の宝庫爆発中期の観測からは爆発の描像がわかる爆発後期の観測から白色矮星の状態がわかる非熱的 X 線の発見による新たな展開新たな描像の構築が必要不可欠新星も宇宙の粒子加速に寄与しているかも? 他から同様の放射を検出して放射起源に迫りたい博士論文今後の観測に乞うご期待!

2 X-ray 6 gamma-ray 7 1 17.1 0:38m 0:77m nm 17.2 Hz Hz 1 E p E E = h = ch= (17.2) p = E=c = h=c = h= (17.3) continuum continuous spectrum line spectru

2 X-ray 6 gamma-ray 7 1 17.1 0:38m 0:77m nm 17.2 Hz Hz 1 E p E E = h = ch= (17.2) p = E=c = h=c = h= (17.3) continuum continuous spectrum line spectru 1 17 object 1 observation 17.1 X electromagnetic wave photon 1 = c (17.1) c =3 10 8 ms ;1 m mm = 10 ;3 m m =10 ;6 m nm = 10 ;9 m 1 Hz 17.1 spectrum radio 2 infrared 3 visual light optical light 4 ultraviolet

新星 晩期型星 or 赤色巨星 (IR ~ Optical) 白色矮星 (X-rays) 降着円盤 (Optical ~ UV) 2/59

新星晩期型星 or 赤色巨星 (IR ~ Optical) 白色矮星 (X-rays) 降着円盤 (Optical ~ UV) 2/59