2021 Fiscal Year Annual Research Report
AGN X-ray Microcalorimeter Spectroscopy and Multi-wavelength Monitor Measuring Supermassive Black Hole Spin
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20H01947
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
野田 博文 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (50725900)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / X線天文学 / 精密X線分光 / 多波長観測 / X線CCD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超巨大ブラックホール(BH)のスピンを反映する、BH近傍の降着円盤内縁部で生じる相対論的に広がったFe-Kα輝線プロファイルを取得するには、BHから比較的遠方に存在する広輝線領域やダストトーラスなどの領域からの非相対論的なFe-Kα輝線や反射成分のスペクトルを精確に見積もり、差し引く必要がある。この目的に向け、「すざく」、Swift、地上望遠鏡による明るい活動銀河核からのX線と可視光の同時観測データを詳細に解析し、非相対論的なFe-Kα輝線と連続放射の強度変動の相関に着目することで、非相対論的なFe-Kα輝線の約半分の強度がBHから~10光日の距離に存在する広輝線領域から、残りの半分がBHからさらに離れたダストトーラスから生じていることを明らかにした。これらの結果から、非相対論的なFe-Kα輝線や反射成分の精密分光データに対するモデル化を進めている。また、投稿論文として出版すると同時に、国内の複数の研究会で報告した。さらに、XRISMと地上望遠鏡を用いた活動銀河核の多波長観測や精密X線分光データの解析について定期的に打ち合わせを行い、検討を進めた。
XRISM衛星にX線マイクロカロリメータとともに搭載するX線CCD検出器(Xtend)は、相対論的に広がったFe-Kα輝線プロファイルを作成する際に差し引く必要がある連続X線スペクトルを決定するのに不可欠である。そこで、Xtendの衛星搭載状態での性能評価試験に参加して貢献すると同時に、冷却試験中に突如発生した、電荷がCCD撮像領域の外部で発生して侵入する事象の原因究明と、軌道上で発生した場合に問題なく観測するための異常対策モードの準備を、CCD実験を駆使して行った。原因究明までは至っていないものの、衛星搭載状態では本事象は発生しないことを確認し、また仮に発生した場合にも対策する方策を確立できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
活動銀河核中の超巨大ブラックホール(BH)から比較的遠い広輝線領域やダストトーラスなどの領域からのFe-Kα輝線や反射成分への寄与はこれまでよくわかっていなかったが、当該年度の研究によって強度変動を利用することで高い精度で制限することに成功し、投稿論文として出版することができた。これにより、BH周辺からの非相対論的な反射スペクトルの寄与を精確に見積もることができるようになった。用いたのは「すざく」と複数の地上望遠鏡の同時観測で得られたX線と可視光のデータであり、X線と可視光の双方を利用することで反射成分の起源をより強く制限するための方法が確立できた。この研究は、XRISMと地上望遠鏡による同時観測の良いデモンストレーションとなり、これをベースにXRISMが打ち上がった後、XRISMと地上望遠鏡を組み合わせて活動銀河核を多波長で観測する計画を進めている。
活動銀河核の非相対論的な反射スペクトルに加えて、降着円盤からの黒体放射とコロナから逆コンプトン放射の強度変動の相関を利用することで、連続スペクトル全体を精確にモデル化するための準備も順調に進んでいる。この連続スペクトルの評価に重要なXRISMに搭載するX線CCDカメラの開発では、衛星に搭載した状態で、各種の電気試験や熱真空試験などにおいて良い性能を発揮しており、打ち上げに向けて順調に進んでいる。撮像領域の外部から電荷が侵入する事象についても対策モードを確立することができ、万が一軌道上で発生したとしても、問題なく天体観測を行うための準備は整った。これらのことから、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
X線撮像分光衛星XRISMが2023年度に打ち上げ予定となっているため、射場での検出器の性能評価試験、衛星の打ち上げ、軌道上での検出器の立ち上げ、軌道上運用やキャリブレーションなどに参加することで、本研究に不可欠となる観測性能を引き出せるよう開発に貢献する。並行して、引き続き、XRISM搭載のX線CCDカメラ(Xtend)で発生した、観測に影響が及ぶ可能性がある電荷侵入事象の原因究明を、大阪大学内に立ち上げたCCDシステムでフライト品と同等のCCD素子を駆動することで進めていく。XRISMの打ち上げ後、軌道上で万が一この事象が発生した場合には、当該年度の研究で確立してきた異常対策モードを用いることで、問題なく天体観測を行える予定である。
XRISMの打ち上げ、検出器の立ち上げ後は、6ヶ月間予定されているPerformance Verification期間にX線マイクロカロリメータで観測される活動銀河核のデータの解析に取り組み、広輝線領域やダストトーラスからのFe-Kα輝線をはじめとする微細スペクトル構造の決定を行う。また、XMM-Newton、NuSTAR、Swiftなどの他のX線天文衛星、および京都大学岡山天文台「せいめい」や西はりま天文台「なゆた」などの地上望遠鏡の公募観測に応募し、XRISMと同時に可視光や赤外線で活動銀河核の観測を行う。この時、XRISMの観測時間以外の時間帯も地上望遠鏡でカバーすることによって、連続放射の強度変動をモニタしておく。そして、多波長の同時観測データを、強度変動も考慮しながら解析し、降着円盤およびコロナからの連続放射のスペクトルを精確にモデル化する。このようにして得られた微細スペクトル構造と連続スペクトルを差し引くことで、超巨大ブラックホールのスピンを反映する相対論的に広げられたFe-Kα輝線のプロファイルを決める方針である。
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[Presentation] 多重像X線干渉計MIXIMの開発 -X線偏光撮像系としての性能評価-2023
Author(s)
朝倉一統, 林田清, 善本真梨那, 袴田知宏, 大出優一, 佐藤淳矢, 石渡幸太, 青柳美緒, 萩原涼太, 野田博文, 松本浩典, 米山友景, 小高裕和
Organizer
日本天文学会2023年春季年会
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[Presentation] XRISM衛星搭載Xtendに向け開発した受光部外からの電荷侵入に強い新CCD駆動法2022
Author(s)
青柳美緒, 野田博文, 岡崎貴樹, 朝倉一統, 善本真梨那, 大出優一, 佐藤淳矢, 袴田知宏, 林田清, 常深博, 松本浩典 et al.
Organizer
日本天文学会2022年度秋季年会
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