Download
1 / 50
500 likes | 687 Views
乱れた磁場中を運動する 相対論的粒子からの放射. 宇宙進化グループ 寺木悠人. 目次. １、 本研究のモチベーション ２、モデルと定式化 ３ 、計算結果 ４ 、議論 ５、まとめ. 本研究は「ガンマ線バースト」という天体の 放射メカニズムの解明 を目的としたものである。. ガンマ線バーストとは？. では. 宇宙論的距離（ Gpc :100 億 光年 のスケール）で起こる 宇宙で最も明るい爆発現象（ : 太陽の 倍 ). 20~600keV 光子のカウントレート. 即時放射.
E N D
乱れた磁場中を運動する 相対論的粒子からの放射乱れた磁場中を運動する 相対論的粒子からの放射 宇宙進化グループ 寺木悠人
目次 １、本研究のモチベーション ２、モデルと定式化 ３、計算結果 ４、議論 ５、まとめ
本研究は「ガンマ線バースト」という天体の 放射メカニズムの解明を目的としたものである。 ガンマ線バーストとは？ では 宇宙論的距離（Gpc :100億光年のスケール）で起こる 宇宙で最も明るい爆発現象（ :太陽の 倍) 20~600keV光子のカウントレート 即時放射 ガンマ線： ～250keV 継続時間： 光度 光子数 残光 X線、可視光、電波 時間(秒) 秒 BATSE catalog より
ガンマ線バーストの標準的な描像 即時放射（ガンマ線バースト） 即時放射も残光も衝撃波で エネルギーを解放し、 シンクロトロン放射で光っている と考えられている。 残光 （Ｘ線、可視光、電波）
即時放射のスペクトル 光子数 Ｎ（Ｅ） 観測結果 ０．０１ １ １００ 光子エネルギー（ＭｅＶ） Briggs et al 1999
低エネルギー側のべき指数 の分布 観測されたガンマ線バーストの数 Line of Death シンクロトロン放射モデル ではスペクトルを 再現できない ガンマ線バーストが 多数存在する！！ Kaneko et al 2006 BATSE
衝撃波面近傍で起こるプラズマ不安定ワイベル不安定性に注目衝撃波面近傍で起こるプラズマ不安定ワイベル不安定性に注目 衝撃波面 PICシミュレーション by Sironi & Spitkovsky 乱れた磁場が発生
乱れた磁場中を運動する電子からの放射はシンクロトロン放射か？乱れた磁場中を運動する電子からの放射はシンクロトロン放射か？ シンクロトロンの描像 Ｅ（ｔ） ・ ｔ この放射の時間変動を フーリエ変換することで シンクロトロン放射の スペクトルが得られる。 粒子が相対論的運動を していると、放射の方向は 運動方向に集中する。 観測者は放射がパルス状に 見える シンクロトロン放射と見なせるかどうかは の距離以上ジャイロ運動できるか がひとつの指標となる。
この距離と磁場の乱れのスケールとの比を見積もってみると・・・この距離と磁場の乱れのスケールとの比を見積もってみると・・・ ワイベル不安定性の最大成長波長は線形解析すると、スキンデプス 程度。 比例係数を として、最大成長波長を と書く。 ただしここで シェルの相対運動のローレンツ因子 プラズマ振動数 衝撃波面静止系でのワイベル不安定 を起こす電子のローレンツ因子 PICシミュレーションの結果より シンクロトロン放射 が典型的な値とされている。 ジッター放射 この値を用いて見積もると 微妙である。シンクロトロン放射 ではなくなり、スペクトルの形が 変わる可能性がある。これは 詳しく調べる必要がある！
モデルと定式化(1)乱れた磁場 磁場は乱れた磁場のみを考え、 ３次元等方のコルモゴロフ乱流型とする。 放射を特徴付ける 最大波長と との比 でパラメータ を定義する。
モデルと定式化(2) 運動と放射スペクトル 用意した磁場の中に電子群（粒子数30~80)を注入し、 運動方程式を解く。電子のローレンツ因子は10とした。 例： =3、=5の場合 得られた加速度から、リエナール＝ヴィーヒェルト ポテンシャルを用いて直接的に放射スペクトルを計算 観測者方向の単位ベクトル 遅延時間
結果(1) δ ==50 緑の破線はシンクロトロン放射のスペクトルの解析解。 で規格化。 低振動数領域で 光子数スペクトルに 直すと デスラインの値 は乱れた磁場の最大波長がラーモア半径の5倍の場合に対応。 この場合はシンクロトロン放射のスペクトルとほぼ一致。
結果(2) δ = =5 ブレイク 高振動数側も シンクロトロン放射 スペクトルからずれる。 低振動数側にブレイクが現れ、それより下の振動数領域では、シンクロトロン放射よりハードになっている。
結果(3) δ = =3 ! ! ガンマ線バーストの観測結果の ような二つのべき型をつないだ ような形になる。 そして低振動数側は シンクロトロン放射よりもハードなスペクトルとなっている。 だった。 ガンマ線バーストは衝撃波で達成される の値 つまり、自然に”Line of Death”よりも ハードな低振動数側のスペクトルが達成された。
議論：なぜハードになったのか の場合に、スペクトル指数はどのように決まっているか。 この間、観測者は見えている 観測者 ・ある程度の時間でビーミングコーンが視線方向からはずれ、見えなくなる。 ・運動方向と視線方向の間の角度 について拡散近似を用いると、 時刻tに である確率は 放射が時間t見え続ける確率が に比例する。 になると考えられる。
まとめ • 乱れた磁場中を運動する電子からの放射スペクトルを第一原理的に調べた。 • 放射スペクトルを特徴付ける の値はガンマ線バーストではオーダー１（ ）が予想される。 • その結果従来のシンクロトロン放射モデルで説明できなかった のガンマ線バーストのスペクトルの説明ができた。 • しかし、 よりハードなガンマ線バーストも存在する。これらの説明については今後の課題とする。 がこの範囲の場合のスペクトルを 初めて明らかにした。
おわり ご清聴ありがとうございました。
様々なδの場合のスペクトルの形 δ~5 δ<<1 δ<1 γ>δ>5
における 放射公式 被積分関数の位相は の時位相はほぼ一定と見なせ、放射は によらなくなる。 と考えると、 つまり、スペクトルの低振動数領域と同じ。
直線近似が破れるブレイク L_rad L_0 θ L_rad L_0
議論:なぜハードになったのか(2) 側から考えると理解しやすい。 低振動数側は振動数によらないスペクトルになる。 しかし、いつまでも視線方向にいるわけでは なく、ある確率でビーミングコーンが視線方向 を離れる。その確率が 定性的には長い時間放射が見え続ける電子は 少ない。つまり低振動数成分が小さくなる。 それを定量的に表すと となる。左図はそのイメージ。
議論：なぜハードになったのか(3) この描像だと、磁場の大きさが同じ場合を考えると、 ジャイロ運動している 電子のほうが早く見えなくなってハードになるように思える。 θ 実はシンクロトロン放射は、 ある一つの見込み角のみの場合は 真横から見た場合に比べ斜めから見た場合は ピークの振動数と強度が下がるので 電子を見込む角度について平均をとる と、その分ソフトになる。 乱れた磁場の場合はスペクトルに方向依存性がない。
低エネルギー側のべき指数 の分布 観測されたガンマ線バーストの数 本研究の結果より 程度まではハードに なりうることがわかった。 しかし、よりハードなＧＲＢ は存在する。 これについてはさらなる 研究が必要。 Kaneko et al 2006 BATSE
最近のフェルミに観測結果 従来の デスライン 本研究で達成した ＬＧＲＢの中心値は SGRBの中心値は どちらも乱れた磁場の 効果を考えると典型的な 値。 青がＬＧＲＢ、赤がＳＧＲＢ
振動数とビーミングコーンの関係シンクロトロン放射の場合振動数とビーミングコーンの関係シンクロトロン放射の場合 として
粒子分布を反映したスペクトルではハードな低エネルギー側は再現できない粒子分布を反映したスペクトルではハードな低エネルギー側は再現できない Ｆ（ω）
相対論的ビーミング 系に対し 系 は速度で方向 に運動 系 系 このとき であるから の条件で
