X線偏光撮像とX線精密分光による活動銀河核トーラスの構造の解明

• 研究課題/領域番号: 20J20685
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 朝倉 一統 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2020-04-24 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円); 2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2020年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: X線干渉計 / 高角度分解能 / 符号化開口 / X線偏光撮像 / 活動銀河核 / X線CCD / 太陽風 / 電荷交換反応

研究開始時の研究の概要

活動銀河核(AGN)の中心には超巨大ブラックホール(BH)があり、それを囲むようにガスやダストからなるトーラスがあると信じられている。トーラスは中心に存在するBHへの質量供給源であるため、その構造の解明はBHや銀河そのものの進化を理解するのに不可欠であるが、未だにその全貌を直接観測した例はない。
そこで、研究期間中に打ち上げが予定されている次世代のX線天文衛星（IXPE、XRISM）で近傍AGNを観測し、両者の観測結果を組み合わせてトーラスのパラメータに制限をつける。更には天文用X線撮像系の中で最高の角度分解能を有するX線干渉計の開発を進め、近傍AGNトーラスの直接撮像を目指す。

研究実績の概要

2022年度の研究活動として、私は主に超高角度分解能の実現を目標とする新原理のX線撮像系、多重像X線干渉計（MIXIM）の開発に従事した。MIXIM は周期的な開口部を有するマスクとX線検出器からなる撮像系で、基本的な撮像原理はピンホールカメラと同様である。2020年度からは従来のピンホールマスクに代わり多重化コーデッドマスクを導入することで有効面積を大幅に向上させ、前年度はマスク基板の薄化により低エネルギー帯域での有効面積の改善にも成功した。このような多重化コーデッドマスクを用いる場合、光源分布は符号化された状態での検出となるため、撮像性能はマスクの諸元だけでなく復号手法にも依存する。従来の簡易的な復号解析にはまだ改善の余地があったため、本年度は新たにEMアルゴリズムを採用した復号解析の開発に着手した。その結果、角度分解能の向上や偽像の抑制に成功し、同撮像系によるX線偏光撮像の可能性も見出した。これらの結果は MIXIM の開発進捗と共に博士論文として纏めており、本年度に博士（理学）の取得に至った。
また、X線分光撮像衛星 XRISM の開発やX線偏光撮像衛星 IXPE の観測データ解析にも引き続き取り組み、チームへの貢献を果たした。XRISM の打ち上げ延期等により当初の研究計画は変更を余儀なくされたが、MIXIM の開発を中心に活動銀河核周辺構造の解明に向けた先駆的な技術開発を成し遂げたと言える。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] X-Ray Polarimetry Reveals the Magnetic-field Topology on Sub-parsec Scales in Tycho’s Supernova Remnant (2023)
  • 著者名/発表者名: Ferrazzoli Riccardo et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 945 号: 1 ページ: 52-52
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acb496
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sub-arcsecond x-ray imaging with multi-Image x-ray interferometer module (MIXIM): introduction of a periodic coded-aperture mask (2022)
  • 著者名/発表者名: Asakura Kazunori、Hayashida Kiyoshi、Sakuma Shotaro、Ishikura Ayami、Sawagami Kenmei、Kamogawa Wataru、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Okazaki Koki、Hanaoka Maho、Hattori Kengo、Matsushita Yusuke、Mineta Taisei、Yoshimoto Marina、Ode Yuichi、Hakamata Tomohiko、Matsumoto Hironori、Tsunemi Hiroshi
  • 雑誌名: SPIE proceedings Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: 12181 ページ: 1218129-1218129
  • DOI: 10.1117/12.2629656
• [雑誌論文] X-Ray Polarization Detection of Cassiopeia A with IXPE (2022)
  • 著者名/発表者名: Vink Jacco et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 938 号: 1 ページ: 40-40
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac8b7b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Suzaku detection of solar wind charge exchange emission from a variety of highly ionized ions in an interplanetary coronal mass ejection (2021)
  • 著者名/発表者名: Asakura Kazunori、Matsumoto Hironori、Okazaki Koki、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Hayashida Kiyoshi、Tsunemi Hiroshi、Nakajima Hiroshi、Katsuda Satoru、Ishi Daiki、Ezoe Yuichiro
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: - 号: 3 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/pasj/psab015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subsub-arcseconds x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): experimental results (2020)
  • 著者名/発表者名: Asakura Kazunori、Hayashida Kiyoshi、Hanasaka Takashi、Kawabata Tomoki、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Sakuma Shotaro、Okazaki Koki、Ishikura Ayami、Hanaoka Maho、Ide Shuntaro、Hattori Kengo、Matsumoto Hironori、Tsunemi Hiroshi、Awaki Hisamitsu、Nakajima Hiroshi、Hiraga Junko S.
  • 雑誌名: SPIE proceedings, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: - ページ: 152-152
  • DOI: 10.1117/12.2560772
• [雑誌論文] Soft x-ray imager (SXI) for Xtend onboard X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nakajima, Hirofumi Noda, Hironori Matsumoto, Kumiko K. Nobukawa et al.
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 11444 ページ: 1144423-1144423
  • DOI: 10.1117/12.2560348
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Sub-arcseconds to micro-arcsecond x-ray imaging with multi image x-ray interferometer method (MIXIM): concept and scalabe mission plans (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashida Kiyoshi、Asakura Kazunori、Ishikura Ayami、Hirofumi Noda (8番目) et al.
  • 雑誌名: SPIE proceedings, Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray 巻: - ページ: 44-44
  • DOI: 10.1117/12.2562193
• [学会発表] 多重像X線干渉計 MIXIM による高分解能X線撮像 (2023)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統
  • 学会等名: 第9回 高宇連博士論文発表会
• [学会発表] 多重像X線干渉計 MIXIM の開発 --EMアルゴリズムを用いた復号解析-- (2023)
  • 著者名/発表者名: 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、小高裕和、松本浩典、米山友景
  • 学会等名: 日本天文学会 2023年春季年会
• [学会発表] Sub-arcsecond x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): introduction of a periodic coded-aperture mask (2022)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Asakura, Kiyoshi Hayashida, Shotaro Sakuma et al.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Development Status of Multi-Image X-ray Interferometer Module (MIXIM) (2022)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統、林田清、佐久間翔太郎、石倉彩美、澤上拳明、鴨川航、米山友景、野田博文、岡崎貴樹、花岡真帆、服部兼吾、松下友亮、峯田大靖、善本真梨那、大出優一、袴田知宏、松本浩典、常深博
  • 学会等名: 第4回 量子線イメージング研究会
• [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIMによる超高角度分解能X線撮像の実現 (2021)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統、林田清、佐久間翔太郎、石倉彩美、澤上拳明、鴨川航、米山友景、野田博文、岡崎貴樹、花岡真帆、服部兼吾、松下友亮、峯田大靖、善本真梨那、大出優一、袴田知宏、松本浩典、常深博
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2021
  • 招待講演
• [学会発表] 可視光用微小ピクセルCMOS検出器の荷電粒子に対する応答評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統、林田清、佐久間翔太郎、澤上拳明、米山友景、野田博文、松本浩典、小高裕和、丹波翼、高橋弘充、中嶋大、羽鳥聡、久米恭、水嶋慧
  • 学会等名: 日本天文学会 2021年春季年会
• [学会発表] すざく衛星の観測による太陽風電荷交換反応由来のSXVI輝線の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統、松本浩典、岡崎貴樹、米山友景、野田博文、林田清、常深博、伊師大貴、江副祐一郎、中嶋大、勝田哲
  • 学会等名: 日本天文学会 2020年秋季年会
• [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIMによる0.1秒角を切る２次元撮像の達成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 朝倉一統、林田清、佐久間翔太郎、石倉彩美、米山友景、野田博文、岡崎貴樹、井出峻太郎、花岡真帆、服部兼吾、澤上拳明、松下友亮、峯田大靖、松本浩典、常深博
  • 学会等名: 日本物理学会 2020年秋季大会
• [学会発表] Subsub-arcseconds x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): experimental results (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazunori Asakura, Kiyoshi Hayashida, Takashi Hanasaka, Tomoki Kawabata, Tomokage Yoneyama, Hirofumi Noda, Shotaro Sakuma, Koki Okazaki, Ayami Ishikura, Maho Hanaoka, Shuntaro Ide, Kengo Hattori, Hironori Matsumoto, Hiroshi Tsunemi, Hisamitsu Awaki, Hiroshi Nakajima, Junko S Hiraga
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2020
  • 国際学会
• [備考] 新時代の天体観測 超新星残骸からのX線偏光検出に世界で初めて成功
  • URL: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2022/20221115_1