連星系からの高エネルギー放射	
山梨学院大学	  内藤統也	  宇宙線研究所共同利用研究会	
「高エネルギー宇宙物理学の将来とCTA」	
2010年1月9日 (土)	  	4	  VHE	  Gamma-­‐ray	  binaries	• PSR	  B1259−63/SS2883	  • LS	  I	  +61	  303	  Jet	• LS	  5039	  • Cygnus	  X-­‐1	  Disc-­‐PSR	  interracQon	  I.	  F.	  Mirabel	  (2006)	

目次	
• ４つの連星系	  – PSR	  B1259−63/SS2883,	  LS	  I	  +61	  303,	  	  LS	  5039,	  Cygnus	  X-­‐1	  • 新しいTeVソース	  – HESS	  J0632+057	  – 共通点	  • 未知のTeVソースの可能性	  – HMXBs	  – Massive	  star	  Binary	  Nature	  of	  4	  binaries	
PSR	  B1259−63	  /SS2883	

LS	  I	  +61	  303	  LS	  5039	  Cygnus	  X-­‐1	System	  Type	

Be+NS	

Be+NS/BH?	

O+BH?	O+BH	Distance	  (kpc)	

1.5	

2.0	

2.5	

2.2	

Orbital	  Period	  (d)	

1237	

26.5	

3.9	

5.6	

Eccentricity	

0.87	

0.72	

0.35	

~0	Periastron-­‐apastron	  (AU)	

0.7–10	

0.1–0.7	

0.1–0.2	

0.2	

Mcompact	  (Mo)	  1.4	

1–4	

1.4–5	

20±5	

LVHE	  (1033	  erg	  s-­‐1)	  2.3	

8	

7.8	

12	

2.7±0.2	

2.6±0.2	

2.06±0.05	

3.2±0.6	

disc-­‐PSR	  interracQon	  disc-­‐PSR	  and/or	  Jet	  Jet?	

ﬂare	  (Jet?)	

ΓVHE	  Origin	  of	  Gamma-­‐ray	  LS	  I	  +61	  303	MAGIC:	  TeV	  Albert	  2006	

LS	  I	  +61	  303:	  radio	
• Dhawan	  et	  al.	  (Proceedings	  of	  the	  VI	  Microquasar	  Workshop)	

•jet	  like?	  
•cometary	  tail?	

LS	  I	  +61	  303:	  Flare	Smith	  et	  al.	  2008	

2007/09/13	
2007/09/15	
2007/09/29	

LS	  I	  +61	  303:	  Burst	
• Swij-­‐BAT	
Burst	  detected	  by	  Swij-­‐BAT	  2008.09.10	  short	  burst:	  0.23s	  ATel	  #1715;	  	  Dubus	  &	  Giebels	  2008	  SGR?	
hnp://gcn.gsfc.nasa.gov/noQces_s/324362/BA/	  LS	  I	  +61	  303:	  QPO?	
• RXTE	
Flare	  detected	  by	  RXTE-­‐PCA	  2008.08.21	  ATel	  #1730,	  Ray	  et	  al	  	unusual	  X-­‐ray	  acQvity	  QPO?	

hnp://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/RXTEworkshop/Ray_RXTEworkshop09.pdf	

Cygnus	  X-­‐1からの	  TeV	  ﬂare	

ﬂare	  
→LS	  I	  +61	  303と同じ放射過程？	

jet-­‐clump	  model	
Owocki	  et	  al.	  2009	LS	  5039:	  TeV	Aharonian	  et	  al.	  2006	

LS	  5039のjet構造	M.	  Ribo	  et	  al.	  2000	

LS	  5039のGeV-­‐TeV比較	

FERMI	  LAT	  OBSERVATIONS	  ABDO	  et	  al.	  (2010)	

LS	  5039:周期放射	  	  
多波長	SUZAKU:	  1-­‐10	  keV	  KISHISHITA	  et	  al.	  2009	

Fermi:	  0.1-­‐10	  GeV	  ABDO	  et	  al.	  2010	

H.E.S.S.:	  >	  1	  TeV	  Aharonian	  et	  al.	  2006	

PSR	  B1259/SS2883:TeV	• スペクトル	

H.E.S.S.:	  Aharonian	  et	  al.	  2005	

• Light	  cureve	PSR	  B1259/SS2883：	  多波長観測	
• 非熱的放射	  • ふた山の放射ピーク	  – 近星点の前後	  – 非対称 電波ではひと山の時もある	  • 放射ピークの時期	  – ピーク時期がpulsarがdisk面を通過する時に対応	  – 相互作用領域での衝撃波
加速	  – TeV放射でdisk通過を決めることが出来る	  Neronov	  &	  Chernyakova	  2006	

3-­‐D	  Numerical	  SimulaQons	  of	  the	  Binary	  System	  PSR	  B1259-­‐63/SS	  2883	  and	  High	  Energy	  Emission	  from	  the	  DISK-­‐Wind	  interacQon	  Region	
Tsuguya	  Naito	  collaboraQon	  with	  A. Okazaki,	  S.	  Nagataki,	  	  A.	  Kawachi,	  K.	  Hayasaki	
@High	  Energy	  Phenomena	  in	  Massive	  Stars,	  University	  of	  Jaen	  02/02/2009	

PulsarとBe	  diskの相互作用を考える	  • 潮汐力が働く	  – diskは生き残れるのか?	  
– 相互作用は止まらないか？	  

• Pulsarに質量移入はおこるか？	  
– 衝撃波モデルは不適	

重力相互作用だけを考慮した3Dシミュレーション	PSRB1259/SS2883の	  NSとdiskの重力のみを	  考慮したシミュレーション	放射モデル	
• 衝撃波による粒子加速	   • Pulsar風中の電子が加速される	  – ベキ型スペクトル	  dn e
= n 0 E e−αdE eaccelerated	  	  electron	– シンクロトロン放射	  – 逆コンプトン放射	magneQc	  ﬁeld	e-emission	
photon	  ﬁeld	

シンクロトロン放射	
dσ sync (E e , E γ )1dn e B=dV ∫ dE eυe2 ∫dE γ 4 πDdE e 8πdE γ2dFγ• 磁場	  – パルサー磁場の標準的なモデル	  B∝r-1ns

逆コンプトン放射	
dFγdσ IC (E e , E γ ,ν )1dn e
=dV ∫ dE e ∫ dνu(ν )υ e
2 ∫dE γ 4 πDdE edE γ• 種光子	   u(ν )– Be星からの放射	  – 2.7	  K	  CMB（宇宙背景放射）	  – 銀河内の背景放射	8πν 21u(ν ) = 3c exp(hν /kT) −1CMB,	  銀河背景	

1 R* 8πν 2
1=
4 rBe2 c 3 exp(hν /kT) −12Be星	放射領域	
• Be	  dsikの圧力とPulsar	  windの圧力がつり合う面	  – Pulsar	  windを仮定する	  – 接触不連続面	  – 衝撃波	Pulsar	  wind	• 最も圧力が大きい位置	  – 放射が最大の領域	  – 今回はこの周辺を考える	  • 粒子加速	  dn e= n 0 E e−α ∝ Plocal
dE edisk	  pressure	観測を説明する高エネルギー放射の	  energy	  spectrumモデル	
EGRET	ASCA	OSSE	H.E.S.S.	

⎧γ emin = 10 5⎨ max
7⎩γ e = 10

α = 2.7

Light	  curve	
Synchrotron	  X-­‐ray	  –	  	  GeV	  gamma-­‐ray	Inverse	  Compton	  TeV	  gamma-­‐ray	•ふた山のピークを再現	  •非対象性の再現	  •近星点でも放射がある	pulsarがdiskの中心面	  付近を通過中	

放射のピーク	

pulsarのdisk通過	  が放射のピーク	  ではない	PSR	  B1259-­‐63/SS2883:	  近星点	• 2007年の観測	  – H.E.S.S.	  
– CANGAROO	  • 隣のTeVソースの影響が大きい	  H.E.S.S.	  KERSCHHAGGL	  et	  al.	  (2008)	  新しいTeV	  binaryソース	
• HESS	  J0632+057	
←	  XMM-­‐Newton	  combined	  MOS-­‐1/MOS-­‐2	
HESS	  J0632+057	
XMMUJ063259.3+054801	
MWC148	  (Be	  star:	  spectral	  type	  B0pe)	  Acciari	  et	  al.	  (2010)	
XMMUJ063259.3+054801	のフラックスが時間変化している →	電波源であることがPoint？	

新たなTeV	  binary発見の可能性	
• ５つの天体の共通点	  →HMXBs	  – 電波で観測されている	  • X線連星	  – HMXBs 114天体	  • 9天体が電波源	  • 軌道周期	  – jet天体	  jet-­‐wind,	  jet-­‐clump	  Lγ˙ MS∝ vw2 MMc∝
R– disk相互作用	  Lγ ∝ E˙ NS– LMXBs 186天体	  • 55天体が電波源	  • Be	  starとNSの連星系	  – HMXBs	  • 大質量星の連星	  – ~100M◉	X線連星	• HMXBs 114天体	  – ２種類に分けられる	  • Be	  star → Roche	  lobeを満たしていない	  • OB	  SG	  stars → Roche	  lobeを満たし質量移入が進行	  – 9天体が電波源	  6	  persistent	  and	  3	  transient	  sources	  • LMXBs 186天体	  – 多くがRoche	  lobeを満たし質量移入が進行	  – 55天体が電波源	  18	  persistent	  and	  37	  transient	  sources	  HMXBs	
• Gamma-­‐ray	  Binary	  >	  24	  sources	  name	distance	  (kpc)	

4U	  0352+30	

1.3	

H1145-­‐619	

1.5	 2E	  1145.5-­‐6155	

GX	  301-­‐2	1.8	  ±	  0.4	Vela	  X-­‐1	2	

H1907+097	

2.4-­‐5.9	

A1118-­‐616	

4	• SAX	  J0635+0533	  – pulsar	  33.8	  ms:	  X-­‐ray,	  radio	  – GeV	  :	  2EG	  J063510521	  (Thompson	  et	  al.	  1995)	  – Massive	  Star	  →	  Be	  star	  (Kaaret	  etal.	  1999)	  大質量星連星	
• eta	  Carina	  – 少なくとも２個以上	  星からなる連星系	  ˙ ≈ 10 −4 [M o yr -1 ]Mv ∞ ≈ 2000 [km s-1 ]Lwind ≈ 2.5 × 10 38 [erg s-1 ]RXTE:	  CORCORAN	  (2001)	

Okazaki	  et	  al.	  2008	まとめ	• ４つの連星系	  – LS	  I	  +61	  303のjet、ﬂare	  – LS	  5039のGeV-­‐TeVの逆相関	  – PSR	  B1259−63/SS2883のdisk-­‐PW	  model	  – Cygnus	  X-­‐1	  • 新しいTeVソース	  – HESS	  J0632+057	  • 未知のTeVソースの可能性	  – HMXBs	  • SAX	  J0635+0533	  (Be-­‐star)	  – Massive	  star	  Binary	  • eta	  Carina