R 氏 名 近藤 恵介 学 位 （専 攻 分 野） 博士（理学） 学 位 記 番 号 総研大甲第 2228 号 学位授与の日付 202１年３月 2４日 学位授与の要件 物理科学研究科 宇宙科学 学位規則第６条第１項該当 学 位 論 文 題 目 「すざく」衛星による X 線連星パルサーHercules X-1 のパルス 位相別スペクトル解析と X 線放射領域の研究 論 文 審 査 委 員 主 査 坂尾 太郎 宇宙科学専攻 准教授 堂谷 忠靖 宇宙科学専攻 教授 国分 紀秀 宇宙科学専攻 准教授 尾崎 正伸 宇宙科学専攻 准教授 北本 俊二 立教大学 理学部 教授
（様式３）
博士論文の要旨
氏 名 近藤 恵介 論 文 題 目 「すざく」衛星による X 線連星パルサーHercules X-1 のパルス位相別スペクト ル 解 析 と X 線 放 射 領 域 の 研 究 X 線 連 星 パ ル サ ー は 、 強 磁 場 中 性 子 星 と 通 常 の 恒 星 か ら な る 近 接 連 星 系 で 、 恒 星 か ら 中 性 子 星 に 向 け て 流 れ 込 む 物 質 の 重 力 エ ネ ル ギ ー を 開 放 し て X 線 を 放 出 し て い る た め 、 降 着 駆 動 型 パ ル サ ー と も 呼 ば れ て い る 。 降 着 物 質 が 開 放 す る エ ネ ル ギ ー に よ っ て 形 成 さ れ る 高 温 領 域 で あ る 「 降 着 柱 」 お よ び そ の 周 辺 か ら 放 射 さ れ る X 線 が 、 中 性 子 星 の 回 転 に 伴 い 見 え 隠 れ す る た め 、 パ ル ス と し て 観 測 さ れ る 。 X 線 連 星 パ ル サ ー と そ の 周 辺 で は 、 地 上 に は な い 高 温 ・ 高 密 度 や 強 磁 場 環 境 が 実 現 し て い る 。 し た が っ て 、 X 線 連 星 パ ル サ ー は 、 物 質 や 光 の 相 互 作 用 を 研 究 す る 上 で の 実 験 室 と し て 価 値 が 高 く 、 重 要 視 さ れ て い る 。 Hercules X-1（ Her X-1;ヘ ラ ク レ ス 座 X-1） は 、 X 線 天 文 学 の 初 期 か ら 知 ら れ て い る 代 表 的 な X 線 連 星 パ ル サ ー の 一 つ で あ る 。Her X-1 は 、1972 年 の X 線 パ ル ス の 発 見 以 来 、様 々 な 研 究 が さ れ て き た が 、 X 線 放 射 機 構 そ の も の に つ い て は 深 い 議 論 が さ れ て お ら ず 、 そ の 後 に 発 見 さ れ た 多 く の X 線 連 星 パ ル サ ー と 同 様 に 、 観 測 さ れ た エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル の 現 象 論 的 理 解 に と ど ま っ て い た 。 ～ 0.1 keV か ら 数 十 keV の 広 範 囲 に わ た る 連 続 放 射 が パ ル ス 位 相 と 共 に 複 雑 に 変 化 す る と い う 観 測 ス ペ ク ト ル の 特 徴 が 、 理 解 を 難 し く し て い る 要 因 と い え る 。 ま た 、 ベ キ 関 数 の 高 エ ネ ル ギ ー 側 に カ ッ ト オ フ が か か る と い う 単 純 な 現 象 論 的 な モ デ ル で 、 多 く の X 線 パ ル サ ー の 広 帯 域 の ス ペ ク ト ル が 比 較 的 良 く 再 現 で き た た め 、 そ の 放 射 機 構 に つ い て 考 察 を 深 め よ う と い う 必 要 性 が 、 観 測 精 度 が 向 上 す る 近 年 ま で 、 高 く な ら な か っ た こ と も 一 因 と 考 え ら れ る 。 本 研 究 で は 、 X 線 天 文 衛 星 「 す ざ く 」 で 観 測 し た Her X-1 の X 線 ス ペ ク ト ル を 、 パ ル ス 位 相 に 分 解 し て 詳 細 に 解 析 し た 。 Her X-1 は 、 こ れ ま で の 観 測 か ら パ ル ス 周 期 や 連 星 系 の パ ラ メ ー タ な ど が 明 確 に な っ て い る た め 、 ス ペ ク ト ル 解 析 か ら X 線 連 星 パ ル サ ー の 放 射 機 構 を 議 論 す る の に 最 適 な 天 体 と い え る 。 ま た 、 高 銀 緯 に 位 置 し て い る た め 星 間 吸 収 が 極 め て 小 さ く 、 1 keV 以 下 の 軟 X 線 ス ペ ク ト ル ま で 十 分 観 測 で き る と い う 点 で も 適 し て い る 。 た だ し 、Her X-1 は パ ル ス 周 期 が 1.2 秒 と 短 く 、「 す ざ く 」搭 載 XIS（ X 線 CCD カ メ ラ ）の 通 常 の 露 光 時 間（ 8 秒 ）で は 、パ ル ス 周 期 を 位 相 分 解 し た 観 測 は で き な い 。そ こ で 、露 光 時 間 を 0.1 秒 に 縮 め 、残 り の 7.9 秒 分 の 露 光 デ ー タ を 捨 て る と い う 特 殊 な 観 測 モ ー ド（ burst option）の デ ー タ を 用 い て 、解 析 を 行 う こ と に し た 。実 質 的 に 使 え る デ ー タ 量 が 1/80 に な る も の の 、 こ れ に よ り パ ル ス 位 相 ご と の 解 析 を す る の に 十 分 な 時 間 分 解 能 を 実 現 す る 事 が で き る 。 解 析 は 、一 つ の 単 純 な 仮 定 を 出 発 点 と し て 行 っ た 。す な わ ち 、中 性 子 星 の 回 転 に 伴 う 連 続 成 分 の 変 動 は 観 測 者 か ら 見 た 放 射 領 域 の 射 影 面 積 の 変 化 に よ る も の で あ っ て 、 各 放 射 領 域 か ら の ス ペ ク ト ル 形 自 体 は 視 線 方 向 と 放 射 領 域 の な す 角 度 に は 依 存 し な い と い う も の で あ る 。 こ の 指 針 に 沿 っ て 、 パ ル ス 位 相 で 区 切 っ た X 線 ス ペ ク ト ル 同 士 を 組 み 合 わ せ て 、 強度 比 ス ペ ク ト ル （ エ ネ ル ギ ー ビ ン 毎 の X 線 強 度 比 を エ ネ ル ギ ー の 関 数 と し て 表 し た ス ペ ク ト ル ） を 求 め る 解 析 し た 。 次 に 、 位 相 変 化 に 伴 っ て ス ペ ク ト ル 形 が 変 化 せ ず に 強 度 の み が 変 わ る 成 分 の 存 在 を 探 す た め 、 強 度 比 ス ペ ク ト ル が 定 数 と な る エ ネ ル ギ ー 範 囲 を 探 し た 。 そ の エ ネ ル ギ ー 範 囲 で は 、 一 つ の 放 射 成 分 が 卓 越 し て い る と 考 え ら れ る 。 さ ら に 、 適 切 な ペ ア の ス ペ ク ト ル を 適 切 な 重 み づ け で 引 き 算 す る こ と で 、 そ の 範 囲 で 支 配 的 な 放 射 成 分 の 抽 出 を 試 み た 。そ し て 、～ 1 keV 以 下 の 低 エ ネ ル ギ ー 帯 で 卓 越 す る 黒 体 放 射 様 成 分 、～ 2-6 keV の 中 間 エ ネ ル ギ ー 帯 で 卓 越 す る ベ キ 関 数 状 成 分 、 ～ 18 keV 以 上 の 高 エ ネ ル ギ ー 帯 で 卓 越 す る 黒 体 放 射 様 成 分 、 の 3 つ の 本 質 的 成 分 の 候 補 を 見 出 し た 。 こ の う ち 、 中 間 エ ネ ル ギ ー 帯 の ベ キ 関 数 状 成 分 に つ い て は 、 最 新 の 理 論 モ デ ル と の 比 較 か ら 、 降 着 柱 か ら の 多 温 度 黒 体 放 射 の 現 象 論 的 な モ デ ル に な っ て い る こ と が 推 測 さ れ た 。 そ こ で 、 低 温 の 黒 体 放 射 モ デ ル 、 多 温 度 黒 体 放 射 モ デ ル 、 高 温 の 黒 体 放 射 モ デ ル の 組 み 合 わ せ で 、 位 相 別 エ ネ ル ギ ー ス ペ ク ト ル の 同 時 フ ィ ッ ト を 試 み た と こ ろ 、 十 分 良 く 再 現 で き る こ と を 確 認 し た 。 こ の 結 果 を も と に 、 過 去 に 提 案 さ れ 、 多 く の X 線 連 星 パ ル サ ー の 観 測 ス ペ ク ト ル を 良 く 再 現 で き る 現 象 論 的 モ デ ル （ NPEX:Negative and Positive power-law with an EXponential cutoff model）と 本 論 文 で 得 ら れ た 3 成 分 と の 関 係 を 議 論 す る と と も に 、最 新 の 放 射 モ デ ル で 示 唆 さ れ て い る 放 射 成 分 と の 対 応 に つ い て 考 察 し 、 3 成 分 の 理 論 的 な 裏 付 け に つ い て 検 討 を 加 え た 。 こ の よ う に 、モ デ ル に 依 存 し な い ス ペ ク ト ル 解 析 か ら 3 成 分 の 存 在 を 導 き 出 し 、そ の 関 数 形 に 制 限 を 加 え た の は 、 本 論 文 の 独 自 の 成 果 で あ る 。 こ れ ら 3 成 分 に つ い て は 、 最 新 の 理 論 モ デ ル か ら 予 想 さ れ る 放 射 成 分 と も 整 合 す る 結 果 に な っ て い る こ と か ら 、 今 後 X 線 パ ル サ ー か ら の X 線 放 射 ス ペ ク ト ル を 記 述 す る モ デ ル と し て 、 多 く の X 線 パ ル サ ー へ の 適 用 が 期 待 さ れ る 。
