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大マゼラン雲における超新星残骸と星間ガスとの相互作用の観測的研究

山根, 悠望子 名古屋大学

2021.06.23

概要

大質量星の進化の最後に起こす超新星爆発後の残骸(超新星残骸;SNR)は1051ergものエネルギーを放出し、超音速の衝撃波層の形成、重元素供給、宇宙線加速などを通して、星間空間中に多大な影響を及ぼす。したがってこれらの現象を理解することは宇宙の進化を理解する上で重要である。特にSNRの衝撃波と星間ガスの相互作用は、高エネルギー放射機構に密接に関係していることが明らかになっており、また、宇宙線加速との関連も示唆されている。このような星間ガスとの相互作用はこれまでに銀河系内のSNRで検証されてきたが、その数は4天体に限られ、統一的な理解に至るにはサンプル数が少なかった。従って検証例を増やすことが急務であったが、銀河系内のSNRでは、銀河円盤の奥行きがあるため距離決定が難しく、視線方向の星間物質の重なりのため付随星間ガスの特定が困難であり、研究対象を増やすことは容易ではなかった。そこで申請者は近傍に存在する矮小銀河である大マゼラン雲(LMC)のSNRに着目した。LMCは視線方向の物質の重なりが少なく、距離が正確に求められており、付随ガス特定も容易なため、サンプルを増やす上で適している。しかしこれまでLMCのSNRでは、観測の感度や分解能の制限から、星間ガスと衝撃波との相互作用の詳細な検証はされていなかった。

そこで申請者はまず、LMC全域のSNRに対してMopra望遠鏡を使った分解能45秒角(LMCで約10pcに相当)の12CO(J=1-0)輝線のサーベイ観測を行った。これにより観測したSNRの約9割でCOを検出した。続いてCOが検出されたSNRのうち、星間ガスの付随の可能性がもっとも高い30DoradusC,N49,N103B,N63Aに注目した。これら4天体における星間ガスとSNRの衝撃波の相互作用を検証するため、ALMA望遠鏡を使って分解能約2-3秒角(約0.5-0.8pcに対応)で12CO(J=1-0)観測を行なった。このデータをもとに申請者はまず30DoradusCにおいて、直径約1-2pcのSNRに付随する分子雲54個を同定した。さらに、これらの分子雲の周辺1pc程度でシンクロトロンX線が増光していることを観測的に示した。これは衝撃波星間ガス相互作用による分子雲周辺での磁場増幅の結果と解釈した。また、超新星残骸N49においても衝撃波と相互作用する分子雲周辺の硬X線増光を確認した。N49の硬X線は「過電離プラズマ」と呼ばれる特異なプラズマをトレースしていると考えられている。申請者はN49の分子雲と硬X線の関係は、超新星爆発によって膨張する高温プラズマが低温の分子雲と衝突し、熱伝導によって急速に冷却され、過電離プラズマを形成したというシナリオを支持する結果であると解釈した。

申請者はこれらのSNRに付随する星間ガスの分布を明らかにすることで星間ガスと衝撃波との相互作用をLMCSNRで詳細に検証し、SNRにおける高エネルギー現象を理解する上で付随する星間ガスを考慮することが必要不可欠であると結論づけた。

以上の成果は、SNRの衝撃波と星間ガスとの相互作用をLMCSNRで初めて詳細に比較したものであり、高く評価される。また、LMC全域のSNRに付随する分子雲の分布を明らかにし、星間ガスとの相互作用についての統一的な理解に至るための、今後の観測的研究に多くの示唆を与えた点でも評価される。参考論文はSNRと付随する星間ガスの観測的研究であり、いずれも価値あるものである。したがって、申請者は博士(理学)の学位を与えられるにふさわしいと認められる。

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