PWN と CTA
森浩二（宮崎大学）
2010-09-29,30
マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

パルサー星雲とは
 理想的な RMHD 実験場（物理） 単純な系であることの強み
 γ は 106 （GRBより上ですよ）

 全ての波長で観測可能（天文） ２１桁におよぶ壮大な非熱的放射 多くの観測で「初めて」を可能に（CTAでも） 電子宇宙線源（宇宙物理） 最近にぎわう陽電子宇宙線超過
 皮（SNR）と中身（PWN）の時間発展の考慮が重要かも

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

2

パルサー星雲の標準モデル

PWN standard view
(Slane 08)

 Cold ejecta により閉じ込められた系
 閉じ込められなければ衝撃波がたたず、見えない 外部（SNR）の影響を強く受ける
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

3

The Crab locked in cold ejecta[O III][S II][O I] 軽くて速いパルサー風と遅くて重い cold ejecta
による RT fingers
 Slow ejecta （~2000 km/s） & no X-ray shock detected ejecta の組成から <10Mo の SN によるものらしい
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

4

パルサー星雲の構造

１分角 ≃ 2光年

Crab Nebula(Mori et al. 04)

 赤道面の構造
 「見えない un-shocked pulsar wind」と「見える shockedpulsar wind」の境界が termination shock = inner ring
 その外にトーラス
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

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パルサーからのエネルギー注入率とサイズ

Edot vs Torus radius(Bamba, Mori, and Shibata 10)

 Edot に比例して、トーラス半径が大 r ∝ Edot 1/2 によくのる
 傾向から外れているのは Vela, PSRJ1124, PSRJ2229

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

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Thermal SNR を伴う PWNe

G292+1.8 in X-ray(Park et al. 07)

G106.3+2.7 in radio(Kothes et al. 01)
PSRJ1124-5916 in G292+1.8
 深観測によりよりサイズが大きいことが判明
 圧力から考えて SNR との interaction はまだないようだ
PSRJ2229+6114 in G106.3+2.7
 PWN と SNR の相互作用の兆候

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

7

パルサーからのエネルギー注入率とサイズ

Edot vs Torus radius(Bamba, Mori, and Shibata 10)

 Edot に比例して、トーラス半径が大 r ∝ Edot 1/2 によくのる
 傾向から外れているのは Vela, PSRJ1124, PSRJ22292011-09-29

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Vela SNR and PWN
Vela X-1

Puppis A

Vela pulsar
RX J0852-4622 (Vela Jr.)The Vela SNR(Aschenbach 1998)

 A young pulsar in an old SNR
 既知の PWNe のうち、最も近傍に位置する (~290 pc)
 “年老いた” SNR であり、逆行衝撃波が中心付近に戻ってくるころ
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

9電波源 Vela X = Vela PWN

Radio (2.4 GHz)
(Duncan et al. 96,Gaensler & Slane 06)

Radio (1.4 GHz)
(Bock et al. 98)

 中心にある最も明るい電波源が Vela X 古典的にはこれが Vela PWN の定義

 パルサーに対して南に非対称な広がり
 RT finger っぽいものが見える2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

10

２流体シミュレーション in 密度勾配

2D simulation(Blondin et al. 01)

 外部の密度勾配が逆行衝撃波の異方性を生じさせ、それがPWNをパルサー（爆発中心）に対してオフセットさせるという結果
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

11

The Vela crushed by hot ejecta

Vela X in Soft X-ray

Vela X in radio(Aschenbach 98)(Bock et al. 98)

 ROSAT 軟Ｘ線画像と VLA 電波画像の比較
 Almost anti-correlation in intensity
 reverse-shock heated ejecta （軟Ｘ線）がパルサー星雲（電波）を包み込み、形状を歪めている
2010-02-18

Astro-H SNR/PWN workshop @ISAS

12

大きくなって小さくなる

2D simulation(Blondin et al. 01)

 パルサー星雲のサイズと時間 サイズは順行衝撃波半径で規格化されたもの
 PWN は最初徐々に大きくなるが、逆行衝撃波がもどってくるところで押しつぶされる
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

13大きくなって小さくなる、ってホント？

X-ray size of PWN as a function of pulsar age(Bamba et al. 10)

 パルサー特性年齢と X-ray PWN のサイズの関係
 大きくなって小さくなる、ってことはないらしい
 逆行衝撃波の影響が無い？
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

14すざくで Vela X の外を見る

Radio (2.4 GHz)
(Duncan et al. 96,Gaensler & Slane 06)

Radio (1.4 GHz)
(Bock et al. 98)

 Vela X=電波PWNの外側をすざくで観測 単純に考えれば、Ｘ線PWNと電波PWNのサイズは同等か前者が小さい

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

15

Crab in multi-wavelength view

X-rays (Chandra)
Optical (HST)Radio (VLA)

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

16すざくで Vela X の外を見る

Radio (2.4 GHz)
(Duncan et al. 96,Gaensler & Slane 06)

Radio (1.4 GHz)
(Bock et al. 98)

 Vela X=電波PWNの外側をすざくで観測 単純に考えれば、Ｘ線PWNと電波PWNのサイズは同等か前者が小さい
 tsync～400(B/10uG)-1.5(E/10keV)-0.5年で、電波PWNは半径1度=5pcなので、平均バルク速度が0.05cで端に達する
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

17すざくで Vela X の外を見る
P1
P3

P2
P4Radio (1.4 GHz)
Vela X outside(Bock et al. 98)(Katsuda, Mori et al. in press)

 Vela X の外でも非熱的Ｘ線放射を検出

2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

18すざくで Vela X の外を見る
P1
P3

P2
P4Radio (1.4 GHz)
Vela X outside(Bock et al. 98)(Katsuda, Mori et al. in press)

 Vela X の外でも非熱的Ｘ線放射を検出 ベキはほぼ一定で輝度が徐々に落ちる 電波よりも非熱的Ｘ線のサイズのほうが大きい ２成分か？
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

19２成分か？

Fermi(Abdo et al. 2010)2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

20大きすぎるか？

X-ray size of PWN as a function of pulsar age(Bamba et al. 10)

 経験則からも矛盾しない結果に
 ただし、Vela は近いのでバイアスかかっているカモ
2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

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まとめ
 PWN（中身）とSNR(皮)の時間発展を同時に考えていくことが肝要
 リバースショックに影響を受けている観測結果がある一方で、破壊されずに拡がっているようにもみえる リバースショックで破壊されずに生き残る方法は？TeV
unID src？パルサーが逃げればいい？
 電子宇宙線への影響はどうなる？SNRからの脱出の仕方に関連するはず ２成分？ Integrated spectrum だけではなく、CTAの spatially-resolved spectroscopy は強力 Astro-H は中身も皮もしっかり捉えます2011-09-29

マルチメッセンジャー宇宙物理学とCTA

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