高エネルギー現象
第２４回理論懇シンポジウム「理論天文学・宇宙物理学の革新」
Nov.5-7, 2011 国立天文台
高原文郎(大阪大・理・宇宙地球)• 中性子星• ブラックホール• アクリーション• 回転と磁場
• 輻射

コンパクト
天体

高エネルギー粒子
非熱的輻射• 粒子加速• 電磁波・宇宙線観測

エネルギ
―解放

超音速・
相対論的運動• ジェット• 無衝突衝撃波

パルサー、Ｘ線ガンマ線連星、マイクロクェーサー、マグネター
超新星残骸、パルサー星雲、銀河団プラズマ

活動銀河核、電波銀河

ガンマ線バースト

高エネルギー宇宙線面白い話題は沢山ある• パルサーとパルサー星雲– GeV γ-ray spectra– Crab pulsar の TeV pulse– Crab nebula の GeV Flare

パルサーモデルの新展開• 超新星残骸と銀河宇宙線の起源– TeV 電子と陽電子
無衝突衝撃波の物理：– GeV-TeV γ-ray spectra
プラズマスケールと– 直接観測スペクトル
超新星残骸の進化までを– 非等方性
結合する階層構造の物理– 源スペクトルと供給スペクトル– 宇宙線とＭＨＤ乱流

Magic collaboration: Science 322, 1221 (2008)
Aleksic et al.: Ap.J. 742, 43 (2011)

図１(a)超新星残骸(SNR)(b)流体スケール~1016cm~1019cm(c)粒子（運動論的）スケール~1010cm

ＡＧＮも面白い段階にきている• 相対論的ジェット形成機構– 最近のＧ（Ｓ）ＲＭＨＤシミュレーションの示唆するもの– 古典的問題の解決の糸口• いくつかの新たな観測– GeV spectral break– very short time scale variabilities at TeV– Hard TeV sources– Radio Loud Narrow-line Seyfert 1 galaxies– non-beamed γ-ray sources 散逸はどこで起こるか？
– VLBI anatomy of M87
 ２次フェルミ加速も有効– SW J1644+57か？
– ．．．
 内部構造が必須か？

SW J1644+57 (GRB 110328A)
Burrows et al. Nature 476, 421 (2011)
Zauderer et al. Nature 476, 425 (2011)ブレーザー研究の進展• 相対論的ジェット• 内部衝撃波モデル– diffusive shock acceleration• Leptonic scenario– synchrotron + inverse Compton• GRBの物理との共通性– single event vs continuous process– GRB (prompt + afterglow)– AGN (blazar + cocoon)

Γ＋δΓ

Γ－δΓ

Mrk421 Abdo et al. (2011)ΔΓ=0.73

相対論的ジェット形成の基本的問題

最近のGRMHDシミュレーション
Mckinney and company

McKinney (2006) M.N. 368, 1561
jetwindcoronadiskr≤104rg
A: density
B: Mag. Fieldr≤102rg
A: density
B: Mag. Field最近のSRMHDシミュレーション
Komissarov and company

Komissarov, Barkov, Vlahakis & Konigl(2007) M.N. 380, 51

これが実際に起こっているかどうかは別問題
 初期条件・境界条件の決まり方• 軸付近の磁場と物質はどのように決まるか？
• ΩとＢは何が支えているのか？

• アクリションプラズマからのインジェクション（Ｌｏａｄｉｎｇ）の具体的過程は何か？（パルサーとはかなり異なるだろう）

Abdo et al. (2010)ΔΓ=1.03ΔΓ=0.90

Mrk421 Ushio et al. (2008)

Flare Component : broken power law
Steady Component: power law with an exp. cutoff

Stawarz & Petrosian 2008q=2 hard sphere
q=5/3 Kolmogorov
q=3/2 Kraichnan
q=1 Bohm

1

Stawarz & Petrosian 20082

Stawarz & Petrosian 2008

Teraki & F.T Ap.J. 735, L44 (2011)
Figure 3.
Radiation spectra for a = 7
and γ = 10, with α = 14/3,11/3, and 8/3. Green, red, andblue lines are calculated with
spectra α = 14/3, 11/3, and8/3, respectively. Straight
black lines are dW/dωω–α + 2.
The curved black line is atheoretical curve ofsynchrotron radiation. We see
effects of different spectra of
the turbulent magnetic fields
in the high energy region.

Teraki & F.T. Ap.J. 735, L44 (2011)

Schematic showing the electron trajectory for 1 < a < γ. The radius of the guiding circle isthe Larmor radius rg = γλB/a. Low frequency photons are emitted from the motion on
relatively scales larger than λB, while middle frequency ones from that on theintermediate scale between λB/a and λB are basically synchrotron radiation. The spectral
break at a–3γ3 in Figure 4 corresponds to the break of synchrotron approximation at thescale of λB. The scale λB/a = rg /γ corresponds to the synchrotron peak frequency. On thesmallest scale down to 2π/kmax, the trajectory is approximately straight, and jittering is
responsible for the power-law component in the highest frequency region in Figure 4.

4C21.53 Aleksic et al. Ap.J.,730, L8 (2011)
Tavecchio et al. AA 534, A86 (2011)

新展開の可能性• 相対論的ジェットの形成機構– ＡＧＮ，ＧＲＢ，パルサーの統一的理解• 最も単純なモデルの範囲を超える観測事実– ＤＳＡ以外の粒子加速– 見落とされていた輻射過程– ジェットの形成、構造、散逸は周囲との相互作用で決まる