Observing where the huge kinetic energy from merging clusters of galaxies goes

• Project/Area Number: 15H03639
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: Nagoya University (2016-2018); The University of Tokyo (2015)
• Principal Investigator: Nakazawa Kazuhiro 名古屋大学, 現象解析研究センター, 准教授 (50342621)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤堀 卓也 鹿児島大学, 理工学研究科, 特任准教授 (70455913)
• Research Collaborator: TAKIZAWA MOTOKAZU ; KATO YUICHI
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000); Fiscal Year 2017: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2016: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2015: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
• Keywords: 銀河団 / 衝突銀河団 / X線 / GHz 電波 / 硬X線検出器 / 非熱的エネルギー / 硬X線 / 低バックグラウンド / 宇宙X線観測 / 衝突 / Ｘ線天文学 / 硬X線観測 / 「ひとみ」衛星 / 宇宙X線 / 衝撃波 / X線衛星「すざく」 / X線衛星「ひとみ」

Outline of Final Research Achievements

Kinetic energy released in merging cluster of galaxies initiates, hot gas heating, turbulence, particle acceleration, and magnetic field amplification. To understand how the initial energy is converted into those non-thermal energies, we performed two research works. Firstly, we observed the early-phase merging cluster CIZA J1358.9-4750 with three X-ray observatories and GHz radio, and confirmed it is really in its early phase. Secondly, we aimed at observing such merging clusters with ASTRO-H satellite, capable of fine doppler imaging and high-temperature hottest gas detection. In this work, we performed optimization of detector operation and analysis parameters of the Hard X-ray Imager (HXI). After the launch in 2016/2. we verified the world's best sensitivity of the HXI in orbit. Right before actual observations start, the satellite was lost. Based on these achievements, we obtained a set of technical lessons to be used for future high-sensitivity hard X-ray survey.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

宇宙最大の天体が合体する「銀河団衝突」の中では、莫大なエネルギーが解放され、加熱、乱流、粒子加速などが起きる。しかし、そのエネルギーがどこへ行くかは解明されていない。既存のX線衛星、電波観測で研究を続けつつ、最新のX線衛星ASTRO-Hで、運動エネルギーや加熱をかつてない精度で観測することを目指した。2016年2月に打ち上げられ、担当していた硬X線検出器も世界最高の感度を達成したが、衛星喪失による本格観測には至らなかった。しかし、これまで難しいとされてきた硬X線での高感度観測のレシピを確立し実証できたことで、将来計画をより高性能にできる。

Research Products

• [Journal Article] Suzaku observation of a high entropy cluster Abell 548W (2016)
  • Author(s): K. Nakazawa, Y. Kato, L. Gu, M. Kawaharada, M. Takizawa, Y. Fujita, & K. Makishima
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 68 Issue: SP1 Pages: 21-21
  • DOI: 10.1093/pasj/psv129
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Suzaku and Chandra observations of CIZA J1700.8-3144, a cluster of galaxies in the Zone of Avoidance (2016)
  • Author(s): Mori Hideyuki、Maeda Yoshitomo、Ueda Yoshihiro、Nakazawa Kazuhiro、Tawara Yuzuru
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Issue: 1 Pages: 3-3
  • DOI: 10.1093/pasj/psw106
• [Journal Article] Galaxy Infall by Interacting with Its Environment: A Comprehensive Study of 340 Galaxy Clusters (2016)
  • Author(s): Gu, L., Wen, Z., Gandhi, P., Inada, N., Kawaharada, M., Kodama, T., Konami, S., Nakazawa, K., Xu, H., Makishima, K.
  • Journal Title: ApJ Volume: 826 Issue: 1 Pages: 72-72
  • DOI: 10.3847/0004-637x/826/1/72
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The hard x-ray imager (HXI) onboard ASTRO-H (2016)
  • Author(s): K. Nakazawa, G. Sato, M. Kokubun, …, K. Hayashi 他
  • Journal Title: SPIE Proceeding Volume: 9905 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1117/12.2231176
  • Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of a nearby early-phase major cluster merger CIZA J1358.9-4750 (2015)
  • Author(s): Y. Kato, K. Nakazawa, L. Gu, T. Akahori, M. Takizawa, Y. Fujita & K. Makishima
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 67 Issue: 4 Pages: 71-71
  • DOI: 10.1093/pasj/psv029
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Prospects of X-ray Astronomy (2019)
  • Author(s): Nakazawa Kazuhiro
  • Organizer: The 4th KMI International Symposium
• [Presentation] 軟X 線から硬X 線の広帯域を高感度で撮像分光する小型衛星計画FORCE の現状(7) (2018)
  • Author(s): 中澤知洋(名古屋), 森浩二(宮崎), 鶴剛, 上田佳宏(京都), 松本浩典(大阪), 粟木久光(愛媛), 石田学(ISAS/JAXA),ほかFORCE WG
  • Organizer: 日本天文学会 2018秋の年会
• [Presentation] The FORCE mission Science aims and instrument parameters for broadband x-ray imaging spectroscopy with good angular resolution (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Nakazawa (Nagoya University), Koji Mori (University of Miyazaki), T. G. Tsuru (Kyoto), Y. Ueda (Kyoto), T. Okajima (GSFC/NASA), et al.
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Recovery of high-resolution X-ray spectroscopy with XARM and future mission candidate FORCE for hard X-ray/wide-band imaging spectroscopy (2017)
  • Author(s): Kazuhiro Nakazawa
  • Organizer: The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma-rays 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CIZA J1358.9-4750: an early-phase merger clusters of galaxies exhibiting a twin shocks (2017)
  • Author(s): Y. Kato
  • Organizer: the workshop on the early-phase merging clusters
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ASTRO-H搭載のSi両面ストリップ検出器の表面付近の応答特性 (2) (2016)
  • Author(s): 三宅克馬, 斉藤新也, 中野俊男, 萩野浩一, 小林翔悟, 奥田和史, 三村健人, 佐藤悟朗, 渡辺伸, 国分紀秀, 中澤知洋, 武田伸一郎, 田島宏康, 深沢泰司, 高橋忠幸
  • Organizer: 日本物理学会・春季大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 衝突銀河団CIZAJ1358.9-4750における2つの衝撃波の観測的研究 (2016)
  • Author(s): 加藤佑一、中澤知洋、Gu Lyli 、赤堀卓也、滝沢元和、藤田裕、Aurora Simionescu、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] 次世代X線衛星での応用を目指した1--80keVの広帯域におけるアクティブシールドの最適化 (2016)
  • Author(s): 古田禄大，村上浩章，中澤知洋，牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] ASTRO-H衛星搭載硬X線撮像検出器(HXI)の現状～打ち上げ～ (2016)
  • Author(s): 中澤知洋、国分紀秀、佐藤悟朗、○萩野浩一、太田方之、小高裕和、川原田円、佐藤理江、高橋忠幸、武田伸一郎、 原山淳、渡辺伸、榎戸輝揚、田中孝明、寺田幸功、内山秀樹、谷津陽一、中野俊男、田島宏康、山岡和貴、大野雅功、勝田隼一郎、高橋弘充、深沢泰司、水野恒史、中森健之、野田博文、牧島一夫、ほか
  • Organizer: 日本天文学会・春季年会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2016-03-14
• [Presentation] Observation of a nearby early merging cluster of galaxies, CIZA J1358.9-4750: new born shocks in the ICM (2016)
  • Author(s): Y. Kato
  • Organizer: 15th HEAD meeting of the American Astrophysics Society
• [Presentation] X-ray observation of shocks within the plasma in clusters of galaxies (2016)
  • Author(s): Y. Kato
  • Organizer: 6th East-Asia School and Workshop on Laboratory, Space, Astrophysical Plasma
• [Presentation] Filling the gap between MeV and GeV - eASTROGAM and CAST - (2016)
  • Author(s): K. Nakazawa
  • Organizer: The extreme Universe viewed in very-high-energy gamma rays 2016
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] In orbit performance of Hitomi Xray observatory and beyond (2016)
  • Author(s): K. Nakazawa
  • Organizer: INTEGRAL work shop 2016
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The Hard X-ray Imager onboard ASTRO-H (2015)
  • Author(s): 中澤知洋
  • Organizer: 第13回X線結像光学シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-11-17
  • Invited
• [Presentation] ASTRO-H搭載のSi両面ストリップ検出器の表面付近の応答特性 (2015)
  • Author(s): 三宅克馬, 斉藤新也, 中野俊男, 萩野浩一, 三村健人, 佐藤悟朗, 渡辺伸, 国分紀秀, 中澤知洋, 武田伸一郎, 田島宏康, 深沢泰司, 高橋忠幸
  • Organizer: 日本物理学会・秋季分科会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] ASTRO-H搭載硬X線撮像検出器(HXI)の地上試験における最終性能 (2015)
  • Author(s): 小林翔悟, 中野俊男, 中澤知洋, 湯浅孝行, 榎戸輝揚, 牧島一夫, 萩野浩一, 佐藤理江, 佐藤悟朗, 渡辺伸, 国分紀秀, 高橋忠幸, 斉藤新也, 内山泰伸, 片岡淳, 谷津陽一, 北口貴雄, 大野雅功, 高橋弘充, 水野恒史, 深沢泰司, 田島宏康, 寺田幸功, 中森健之, Olivier Limousin, Philippe Laurent, Francois Lebrun
  • Organizer: 日本物理学会・秋季分科会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学（大阪府大阪市）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] 衝突銀河団CIZAJ1358.9-4750の衝撃波付近における鉄原子の電離状態 (2015)
  • Author(s): 加藤佑一、中澤知洋、、Gu Lyli 、赤堀卓也、滝沢元和、藤田裕、牧島一夫
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] ASTRO-H衛星搭載硬X線撮像検出器(HXI)の現状打上げに向けて (2015)
  • Author(s): 中澤知洋、国分紀秀、佐藤悟朗、萩野浩一、太田方之、小高裕和、川原田円、佐藤理江、高橋忠幸、武田伸一郎、 原山淳、渡辺伸、榎戸輝揚、田中孝明、寺田幸功、内山秀樹、谷津陽一、中野俊男、牧島一夫、田島宏康、山岡和貴、大野雅功、勝田隼一郎、高橋弘充、深沢泰司、水野恒史、中森健之、野田博文、ほか
  • Organizer: 日本天文学会・秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] A Study of Active Shielding Optimized for 1--80~keV Wide-Band X-Ray Detector in Space (2015)
  • Author(s): Furuta, Y., Murota, Y., Hiraga, J. S., Sasano, M., Murakami, H., Nakazawa, K.
  • Organizer: International Workshop on SOI Pixel Detector (SOIPIX2015)
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2015-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] プレスリリース：銀河団の合体で巨大衝撃波が生まれる瞬間をとらえた
  • URL: http://www-utheal.phys.s.u-tokyo.ac.jp/wordpress/20160312press_release/