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2012 Fiscal Year Research-status Report

硬X線集光望遠鏡による銀河団の電子加速・加熱メカニズムの新展開

Research Project

Project/Area Number 24740185
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Research InstitutionThe Institute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

北口 貴雄  独立行政法人理化学研究所, 玉川高エネルギー宇宙物理研究室, 特別研究員 (30620679)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords国際研究者交流 / アメリカ / 宇宙X線 / 銀河団
Research Abstract

本研究の目的は、NASAの小型衛星計画の一つであるNuSTAR衛星に搭載した宇宙硬X線集光望遠鏡を用いて、銀河団からの硬X線を世界最高感度で撮像分光観測し、銀河団で起きている粒子加速およびプラズマ加熱を定量的に評価することである。
2012年6月にNuSTAR衛星を宇宙空間に打ち上げた後、焦点面に置いたピクセル型CdZnTe半導体硬X線検出器の軌道上での性能評価を、機上の放射線源およびX線天体を用いて行った。その結果、地上での較正試験から構築してきた硬X線検出応答関数モデルは、宇宙空間でも5%以下の系統誤差で実データと一致していることがわかった。このモデルは天体スペクトルを求めるために必須なので、誰もが信頼性の高い天体解析を行えるために公開しており、実際に全チームメンバーはこれを使って解析を進めている。
NuSTAR衛星はこれまでに2つの銀河団(弾丸銀河団およびAbell 2256)を、粒子加速現象のプローブとなる非熱的な硬X線放射を検出するために、のべ2週間ほど観測してきた。現在も解析は進行中ではあるが、その初期成果としてこれら2つの銀河団中心部では非熱的な硬X線放射は、銀河団プラズマからの熱的X線放射に埋もれていて、有意には検出しておらず、これまでより厳しい非熱的硬X線フラックスの上限値を導くことができた。この観測結果により、銀河団内の磁場強度をこれまでよりも強く制限することができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、世界初の宇宙硬X線集光望遠鏡を用いて、銀河団からの硬X線を今までよりも桁違いに高い感度で撮像分光し、銀河団で起きている粒子加速およびプラズマ加熱を観測することである。打ち上げ後から硬X線望遠鏡の宇宙空間での性能評価を主導した結果、期待通りの硬X線撮像分光能力を示すことがわかった。実際にこの望遠鏡で2つの銀河団を観測したところ、光子統計がきわめて高く、良質な硬X線イメージおよびスペクトルが得られた。今のところ粒子加速を示す非熱的な硬X線を有意には検出していないが、10 keVを超える熱的な硬X線のイメージを、世界で初めて撮像することができた。これらの新たな観測事実を、銀河団衝突のシミュレーションと比べることで、銀河団がどのように熱的に進化してきたかに迫ることができると期待される。したがって、本研究はおおむね順調に進展しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

NuSTAR衛星を用いて、銀河団の高感度な硬X線撮像分光観測のサンプルを増やし、粒子加速を示す非熱的な硬X線を探査する。具体的には全天でも明るい非熱的な電波を放射しているかみのけ座銀河団を観測することを目指す。また軟X線に高い感度を持つ「すざく」衛星を使って、弾丸銀河団を外側まで長期に観測することを予定している。「すざく」衛星の軟X線データとNuSTAR衛星の硬X線データを組み合わして、X線で広帯域に撮像分光することで、弾丸銀河団内の熱的進化を明らかにすることを目指す。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

昨年度の研究は、硬X線望遠鏡の宇宙空間での性能評価および銀河団の初期解析を中心に順調に進んだので、次年度はそれらの結果を国内外の学会で発表し、さらには論文発表することを推進する予定である。そのための旅費および学会参加料、そして論文投稿費を、昨年度の未使用金を含めて、次年度の研究費用として計上する。またNuSTAR衛星はアメリカNASAの小型衛星計画なので、解析ソフトウェアおよび較正データベースは主にアメリカで開発されている。そのためNuSTAR銀河団チームと解析内容および結果が妥当であるかどうかを議論するために、チーム内ミーティングに参加するための渡米旅費も加算する。その他に打ち上げから蓄積してきたNuSTAR天体データを信頼性高く保存するために、RAIDディスクアレイを購入する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] NuSTAR observations of rotation-powered pulsars and magnetars2013

    • Author(s)
      Vicktoria M. Kaspi et al.
    • Journal Title

      Proceedings of the International Astronomical Union

      Volume: 291 Pages: 331-336

    • DOI

      10.1017/S1743921312024027

  • [Journal Article] The Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) Mission2013

    • Author(s)
      Fiona A. Harrison et al.
    • Journal Title

      Astrophysical Journal

      Volume: - Pages: 掲載確定

    • DOI

      -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The x-ray advanced concepts testbed (XACT) sounding rocket payload2012

    • Author(s)
      Keith Gendreau et al.
    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: 8443 Pages: -

    • DOI

      10.1117/12.926418

  • [Presentation] Inflight Performance and Calibration of the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR2013

    • Author(s)
      Takao Kitaguchi et al.
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県東広島市)
    • Year and Date
      20130326-20130329
  • [Presentation] NuSTAR's Hard Look at Clusters and Relics: Bullet Cluster First Results2013

    • Author(s)
      Daniel R Wik et al.
    • Organizer
      221th American Astronomical Society
    • Place of Presentation
      Long Beach Convention and Entertainment Center, CA, USA
    • Year and Date
      20130106-20130110
  • [Presentation] A Magnetic White Dwarf Binary, AE Aquarii, in the 3-79 keV Band with NuSTAR2013

    • Author(s)
      Hongjun An et al.
    • Organizer
      221th American Astronomical Society
    • Place of Presentation
      Long Beach Convention and Entertainment Center, CA, USA
    • Year and Date
      20130106-20130110
  • [Presentation] Commissioning and In-flight Calibration of the Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR)2013

    • Author(s)
      Miyasaka Hiromasa et al.
    • Organizer
      221th American Astronomical Society
    • Place of Presentation
      Long Beach Convention and Entertainment Center, CA, USA
    • Year and Date
      20130106-20130110
  • [Presentation] 宇宙X線の偏光を測定するGEM-TPCの検出応答シミュレータの開発2012

    • Author(s)
      北口 貴雄、その他GEMS衛星チーム
    • Organizer
      第9回 Micro-Pattern Gas Detector 研究会
    • Place of Presentation
      長崎総合科学大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      20121207-20121208
  • [Presentation] X線偏光観測衛星GEMSに搭載するガス検出器の宇宙環境でのバックグラウンドの見積り2012

    • Author(s)
      北口 貴雄、その他GEMS衛星チーム
    • Organizer
      日本天文学会
    • Place of Presentation
      大分大学(大分県大分市)
    • Year and Date
      20120919-20120921
  • [Presentation] Monte-Carlo Estimation of In-orbit Background for X-ray Polarimeter onboard GEMS2012

    • Author(s)
      Takao Kitaguchi et al.
    • Organizer
      COSPAR 2012
    • Place of Presentation
      Infosys training center, Kamataka, India
    • Year and Date
      20120714-20120722
  • [Presentation] Observation Plans of X-rays from White Dwarfs with NuSTAR and Future Polarimeters2012

    • Author(s)
      Takao Kitaguchi et al.
    • Organizer
      13th Marcel Grossmann Meeting
    • Place of Presentation
      AlbaNova University Center, Stockholm, Sweeden
    • Year and Date
      20120701-20120707
    • Invited

URL: 

Published: 2014-07-24  

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