超新星で辿る過去と現代 超新星残骸の研究 進化：時間発展を たどることが重要 京都大学理学研究科 小山勝二 SN1987A (下）：可視光

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1 超新星で辿る過去と現代 超新星残骸の研究 進化：時間発展を たどることが重要 京都大学理学研究科 小山勝二 SN1987A (下）：可視光
　　　　　　超新星で辿る過去と現代 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　京都大学理学研究科　小山勝二 SN1987A (下）：可視光 その後の２０年 (右下）：X線 超新星残骸の研究 　　進化：時間発展を 　　たどることが重要

2 無次元量　α　= 観測可能量：　R/D　 Te (Ti > Te > Tioni) L/D2 ∝ n2 f(T, R) 物理量：　E, n, D, t (= known)

3 藤原定家 明月記(国宝) 日本最古の天文学“論文 ” Teika Fujiwara, 1230, Meigetsuki Vol 52
藤原定家　明月記(国宝) Teika Fujiwara, 1230, Meigetsuki Vol 52 日本最古の天文学“論文 ” Crab Nebula 1054 3C58 1182 SN1006

4 かに星雲 (1054) 後冷泉院 天喜二年 四月中旬以降 丑時 客星觜参度 見東方 孛天関星 大如歳星
かに星雲 　 　　(1054) 後冷泉院 天喜二年 四月中旬以降 丑時 客星觜参度 見東方 孛天関星 大如歳星 後冷泉院天喜2年：　　中性子星(NS) をのこした。 現代高エネルギー宇宙物理学の教科書。 左大臣、関白道長の子、教通、右大臣、弟の頼宗。 觜, 参 = Orion 天関 (Tenkan) Taurusζ

5 NSの基本的物理量 （１）　質量(M)＝　運動学から（一般相対論から） （２）　大きさ（R）　X線バーストから M, R: 状態方定式を規定する しかし上記び２物理量が分かったのは最近のこと かに星雲の意義： 中性子星（NS)がSNで作られることを実証 　　　　　年齢と時間解析から、以下の量が確定した （１）NSの回転エネルギー＋残骸のエネルギー　＝SNの　 （２）NSの回転エネルギー損失＝磁気ダイポール放射 　　　　　　 braking index p’ = Apα 　　　　　　　　　 : 年齢　（t　= p/2p’ ） 　　(不確定性大） ３）内部構造を知る手立て ：グリッジ　表面層と内部超流動層との相互作用 　　　　　　　　　　　量子磁気渦 　　　　 ：冷却関数　　

6 3C58の意義 冷却関数にもっとも厳しい制限を与えた クォーク星か エキゾティックな 素粒子が表にでだす
Chandra image of 3C58 クォーク星か エキゾティックな 素粒子が表にでだす

7 3C58 (1181) 高倉院治承5年の客星（3C58） Ｘ線観測から冷えすぎた中心星をみつ けた。これはクォーク星かもしれない。
高倉院 治承五年 六月廿五日 庚午 戌時 客星見北方 近王良 守伝舎星 高倉院治承5年の客星（3C58） Ｘ線観測から冷えすぎた中心星をみつ けた。これはクォーク星かもしれない。 当時は平家物語の世界。　高倉院と 小督の悲恋の物語、徳子（建礼門院） も宮中（雲井）に見たかもしれない。 「思いきや 深山の奥に住まいして 　　　　雲井の月をよそに見んとは」 王良 (Oh-Ryo) Cassiopeiaβ 伝舎 (Densya) =Camelopardalis 日本では2ヶ月ほど、中国では半年ほど見えていた。

8 SN1006 一條院 寛弘三年 四月二日 葵酉 夜以降 騎官中 有大客星 如螢惑 光明動耀 連夜正見南方 或云 騎陣将軍星本体 増変光
実際に観測し、記録した のは安倍吉昌 (?-1019) 清明の次男・陰陽頭 騎陣将軍 騎官 SN1006のみが「大客星」という表現が用いられています。 いかに大きく、明るかったかがわかります。 一條院寛弘3年（SN 1006）-アルプスの山々をすりぬけた超新星- 枕草子（清少納言）：長保3年（1001年）～寛弘7年（1010年）、源氏物語： （1008年脱稿）、紫式部日記（～1010年）。どの日記にもSN1006の記録 はない。真夜中で両人共にぐっすり寝こんでいた？

9 明るさの記録 （感覚的で明らかに誇張がある？） ○中国： 地上の物がはっきり見えた（５日の月 -8.5等級）
南天（観測に不利）：世界中の記録：３０ 参考　かに星雲　北天（観測に有利）：１０　 明るさの記録　（感覚的で明らかに誇張がある？） ○中国：　　　地上の物がはっきり見えた（５日の月 　　　　　　　　　　-8.5等級） ○エジプト:　1/4の月より少し明るかった ○シリア:　　月のようだった。 ○イラク:　　月のようだった ○イエメン:　水面がぎらぎら輝き太陽のようだった ○スイス:　　目がくらむようだった　（アルプスの山 　　　　　　　　々をかすめる） 参考　金星-4.6等級 : 　満月 -12.6等 記録からは史上最高の明るさ？ SN1006のみが「大客星」という表現が用いられています。 いかに大きく、明るかったかがわかります。

10 56Coの半減期 Ia型（核暴走型）：標準光源：絶対等級（極大） = -19.5等級 距離 = 7100光年 = 2.2kpc
記録から再現した光度曲線 56Coの半減期 　視等級 1006年５月１日からの日にち Ia型（核暴走型）：標準光源：絶対等級（極大） = -19.5等級 距離 = 7100光年 = 2.2kpc  視等級 = -8.5等級 如螢惑： 火星のようだった

11 大極殿 朱雀大路　 朱雀門 定家邸 羅生門 Kyoto City Map in ~AD1200 小椋池

12 1006年5月1日、深夜京都の南天

13 千歳のSNRで何がわかったか？ 千歳の意味
あかるかった：Type Ia だった （２）　SN1006は最も ”若い”SNRだった SNR進化の初期 → 極端な熱非平衡状態 加熱直後の温度　kTi = 3/16 mi vs ; vs=shock velocity → 陽イオン温度 >> 電子温度 >> 電離温度 （３）　千年で1013　eV まで加速できた

14 (1) Suzaku SN1006 (d～30’) のほぼ全域を観測 :Thermal で最も明るい南東部
OVII band (1) Suzaku SN1006 (d～30’) のほぼ全域を観測 :Thermal で最も明るい南東部 南東部全体の 　　　スペクトル Fe-K band Black : FI-CCD Red : BI-CCD Ar以上の重元素を初めて検出 Fe-K輝線を検出　(E ～ 6.43 keV） 　 → 電離が進んでいない鉄

15 Thermal Spectrum (1) 重元素のみからなる ２成分Plasma と (2) 宇宙組成のPlasma
(1) SN放出ガス　(Ejecta: E) E1 (high net) : kTe = 1.2 keV, net1 = 1.3×1010 cm-3s E2 (low net) : kTe = 1.5 keV, net2 = 7.4×108 cm-3s (2) 星間ガス（ISM） : kTe = 0.54 keV, net = 4.8×109 cm-3s

16 Reverse shock (early heating) E2: Reverse shock (late heating)
\ E1 : Reverse shock (early heating) E2: Reverse shock (late heating) ISM : Forward shock E1 E2 C O Ne Mg Si S Ca Fe Large Si, S Large Ca, Fe (Nomoto el al. 1984)

17 kTe = 0.54 keV ( > Cygnus Loop) net = 4.8 ×109 cm-3s
He-Kα (2) 極端な非平衡状態 実験室では一瞬の遷移が （実験不可能）極端に低密度 （0.04 cm-3）のSN1006では 数百年にわたって実現する。 　短時間遷移の 　　　　　　　プラズマ研究 H-Kα He-Kβ BI He-Kγ, δ, ε… Red: Cygnus Loop　　(1-2 万年） Black: SN1006　　(千年） kTe = 0.54 keV　( > Cygnus Loop) net = 4.8 ×109 cm-3s kTH = 10 ( net / 5× 109 [cm-3s] ) -1 (kTe / 0.54 [keV] ) 5/2 [keV] (Laming et al. 2001) → kTH ～ 20 kTe （陽子温度 >> 電子温度） (SNR 周辺の ISM 密度 ～ 0.04 cm-3)

18 SN1006 is the “youngest” SNR in our Galaxy!
↑　↑　　　　↑　　　　　　　 　 ↑　　 nt　 　　SN1987A SN1006 　Cas A Cygnus Loop 　　　 Kepler&Tycho Tion Te Tz The plasma evolution in SNRs Ion temp. Electron temp. Ionization temp. Energy flow

19 OVII band 3 超高エネルギー粒子 の加速がわかった 3-5 keV

20 衝撃波における粒子加速 （フェルミ加速） 宇宙線加速の起源：最大1020　eV 1000年で1013 eV　　　　

21 Chandra: Thin Filaments (Bamba et al.)
Electrons return back (small: quick, large: slow) The thin filaments: diffusion is small ( Magnetic field is shock normal) The Efficiency of Particle　Acceleration NR: High , ER: Low shock A ping-pong ball gets speed (energy) by a rally　in a moving wall

22 シンクロトロン放射であることを確認した。
最高電子エネルギー　1013eV (at B= 40 μG)

23 We divide the NE rim region into 64 segments. Made each spectra
Fit with a Power-law + thin plasma model Then. North rim East rim Inner

24 North rim East rim Inner region Large Thermal Flux Steep Non Thermal
OVIIと3-5keVの強度のプロットです。３領域がきれいに分かれました。 イメージ解析の結果とコンシステントです。

25 Non-thermal Thermal (ISM)
Roll-off (1016 Hz) E.M. (1056) NE Sharp　Wu 　 6.58( ) 　　1.09( ) SW Slow Wu 　4.74( ) 　　2.24( ) 　Roll-off　= 1.6 ×1016(B/10μG)(Ee/10 TeV)2 NE SW Electron Energy (TeV) （B=40μG） ISM Density (10-3/cc) 4 6 「すざく」は宇宙の加速器SN1006の加速効率を定量的 に解明した。 この加速が湯川の中間子を実証したのだろうか？

26 飛鳥時代 キトラ古墳

27 キトラ古墳天井画 宇宙線を加速する超新星 飛鳥時代:世界最古の正確 AD393の痕跡を「あすか」 な星図 (BC65+-数100年
　　　　　北緯　38-39度) 宇宙線を加速する超新星 AD393の痕跡を「あすか」 衛星が発見 超高エネルギーの 電子がだすシンク ロトロンX線放射 Koyama et al.

28 もくろみはあえなく敗退 キトラ古墳星同定図 北緯；38-39 度 時代：BC65年 +- 数100年 （高句麗の平城あたり、飛鳥、
長安、洛陽、開封は　34-35度） 時代：BC65年 +- 数100年 もくろみはあえなく敗退