X線高分解能分光観測によるIa型超新星の多様性起源の探査

• 研究課題/領域番号: 20K04009
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 寺田 幸功 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (90373331)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: X線分光観測 / X線分光撮像衛星XRISM / 白色矮星 / Ia型超新星 / Ia 型超新星

研究開始時の研究の概要

白色矮星連星の最期の姿であるIa型超新星は、爆発後の光度変化に個性がなく、永らく宇宙論的距離にある標準光源とされてきたが、近年、光度やスペクトルの変動に多様性があることが指摘され、我々の宇宙を理解する上で不定性の一因となってきた。本研究はIa型超新星の多様性の起源を解明すべく、研究期間中に稼働するX線分光撮像衛星XRISMによる過去最高のX線分光能力を最大限に活かす研究である。具体的には、爆発前の親星である白色矮星連星の重力ポテンシャルの高精度計測や、爆発直後の高温プラズマ分光による精密ドップラー計測、および、爆発後の残骸のプラズマ診断を駆使して、多方面からIa型超新星の多様性を探る。

研究実績の概要

本研究は、Ia型超新星の多様性の起源を解明すべく、X線分光撮像衛星XRISMによる過去最高のX線分光能力を最大限に活かし、爆発前の親星である白色矮星連星の重力ポテンシャルの高精度計測や、爆発直後の高温プラズマ分光による精密ドップラー計測、および、爆発後の残骸のプラズマ診断を行う課題である。具体的には、課題i) 白色矮星連星のX線分光を通じた sub-Chandrasekhar 質量の重い白色矮星の探査、課題ii) Ia型超新星の爆発直後での即時分光観測による親星の同定と輝線のドップラー計測による非対称性の診断、課題iii) Ia型超新星残骸の高温プラズマの高分解能分光観測によるプラズマ診断を用いた SD/DD分別と撮像観測による非対称性の診断、および、課題 iv) X線分光撮像衛星XRISMの観測性能強化の４課題を実施する。
令和４年度時点ではXRISM衛星はまだ稼働していないため、課題 iv)に注力し、XRISM衛星の観測性能強化として、突発的に増光した白色矮星への緊急観測対応の運用準備の作業や、衛星熱真空試験における時刻精度検証の実施、軌道上キャリブレーションに向けた他衛星との調整等を実施した。これらの科学運用準備をJAXAやNASA の研究者と協力して進め、令和４年度末の時点でJAXAの審査によって開発完了と認められるにいたった。また、XRISM衛星稼働後の課題i)ii)の準備として、XRISM衛星の Performance Verification (PV)期における白色矮星の観測計画を詳細化し、強磁場白色矮星の高温プラズマ診断や、重力崩壊型の超新星 SN1987A のプラズマ診断を通じた親星推定・非平衡プラズマ診断に関する科学検討を深めた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

Ia型超新星の多様性の起源に迫る観測はXRISM衛星の精密X線分光の機能が必須であるため、本研究は、XRISM衛星の打ち上げ前後でフェーズが異なる。前述の通り、令和４年度までに進めてきたXRISM衛星稼働に向けた準備作業（白色矮星や超新星残骸の観測計画の詳細化や科学運用の補強など）はほぼ完了できたため、研究は順調に進展していると判断できる。しかしながら、本研究開始時には、XRISM衛星は令和４年度の打ち上げを予定していたが、当年度のイプシロンロケットやHIIIロケットの失敗を受けて、XRISM衛星打ち上げが令和５年度に延期されたため、XRISM衛星による観測は予定よりも遅れることとなった。令和４年度の進捗としては大きな遅れはないが、本来ならば令和４年度末からPerformance Verification (PV)期の観測が開始できていたはずであり、これが令和５年度後半にずれ込むため、約半年から１年弱程度遅れることが見込まれる。ゆえに、「やや遅れている」との評価とした。

今後の研究の推進方策

前述の通り、XRISM衛星の打ち上げは令和５年８月以降に延期されているため、令和５年度前半は引き続き、Performance Verification (PV)期における白色矮星や超新星残骸の観測の準備として、プラズマモデルの詳細化や、既存のX線衛星の公開データを用いた観測的研究を実施する。また、打ち上げ後は４か月程度の初期運用が実施され、XRISM衛星の観測性能を確認し強化する期間となるため、PV期観測に向けた準備作業という位置づけで初期運用にも注力する。さらに科学観測の下準備として、国際X線衛星較正コンソーシアムIACHECに参加し、米国NICERやNuSTAR衛星、Chandra衛星や欧州XMM-Newtonとの同時キャリブレーション観測をコーディネートする予定である。予定よりも約半年から１年弱ほど遅れ気味ながら、本研究後半で実施するXRISM衛星による科学観測の成果を最大化するよう、研究を継続する。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/GSFC/Harvard-Smithonian CfA/University of Wisconsin(米国)
• [国際共同研究] Canadian Space Agency(カナダ)
• [国際共同研究] European Space Agency(スペイン)
• [国際共同研究] SRON/ESTEC/ESAC(オランダ)
• [国際共同研究] University of Hurham(英国)
• [国際共同研究] NASA/GSFC/Harvard-Smithsonian CfA/University of Wisconsin(米国)
• [国際共同研究] Canadian Space Agency/Canadian Light Source Inc.(カナダ)
• [国際共同研究] European Space Agency(スペイン)
• [国際共同研究] SRON/ESTEC(オランダ)
• [国際共同研究] University of Durham(英国)
• [国際共同研究] NASA/GSFC/Harvard-Smithsonian CfA/University of Wisconsin(米国)
• [国際共同研究] Canadian Space Agency/Canadian Light Source Inc.(カナダ)
• [国際共同研究] ESA(スペイン)
• [国際共同研究] SRON(オランダ)
• [国際共同研究] University of Durham(英国)
• [雑誌論文] Long‐Term Density Trend in the Mesosphere and Lower Thermosphere From Occultations of the Crab Nebula With X‐Ray Astronomy Satellites (2023)
  • 著者名/発表者名: Katsuda Satoru、Enoto Teruaki、Lommen Andrea N.、Mori Koji、Motizuki Yuko、Nakajima Motoki、Ruhl Nathaniel C.、Sato Kosuke、Stober Gunter、Tashiro Makoto S.、Terada Yukikatsu、Wood Kent S.
  • 雑誌名: Journal of Geophysical Research: Space Physics 巻: 128 号: 2 ページ: 1-29
  • DOI: 10.1029/2022ja030797
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Simulation-based spectral analysis of X-ray CCD data affected by photon pile-up (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Tamba, Hirookazu Odaka, Aya Bamba, Hirohsi Murakami, Koji Mori, Kiyoshi Hayashida, Yukikatsu Terada, Tsunefumi Mizuno, Masayoshi Nobukawa
  • 雑誌名: PASJ 巻: 74 号: 2 ページ: 364-383
  • DOI: 10.1093/pasj/psab131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NuSTAR discovery of the hard X-ray emission and a wide-band X-ray spectrum from the Pictor A western hotspot (2022)
  • 著者名/発表者名: Sunada Yuji、Morimoto Arisa、Tashiro Makoto S、Terada Yukikatsu、Katsuda Satoru、Sato Kosuke、Tateishi Dai、Sasaki Nobuaki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 3 ページ: 602-611
  • DOI: 10.1093/pasj/psac022
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gamma-Ray Diagnostics of r-process Nucleosynthesis in the Remnants of Galactic Binary Neutron-star Mergers (2022)
  • 著者名/発表者名: Terada Yukikatsu、Miwa Yuya、Ohsumi Hayato、Fujimoto Shin-ichiro、Katsuda Satoru、Bamba Aya、Yamazaki Ryo
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 933 号: 1 ページ: 111-111
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac721f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Spatially Resolved Study of Hard X-Ray Emission in Kepler’s Supernova Remnant: Indications of Different Regimes of Particle Acceleration (2022)
  • 著者名/発表者名: Sapienza Vincenzo、Miceli Marco、Bamba Aya、Katsuda Satoru、Nagayoshi Tsutomu、Terada Yukikatsu、Bocchino Fabrizio、Orlando Salvatore、Peres Giovanni
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 935 号: 2 ページ: 152-152
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac8160
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray line diagnostics of ion temperature at cosmic ray accelerating collisionless shocks (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimoda Jiro、Ohira Yutaka、Bamba Aya、Terada Yukikatsu、Yamazaki Ryo、Inoue Tsuyoshi、Tanaka Shuta J
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 5 ページ: 1022-1040
  • DOI: 10.1093/pasj/psac053
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spectral break of energetic pulsar wind nebulae detected with wideband X-ray observations (2022)
  • 著者名/発表者名: Bamba Aya、Shibata Shinpei、Tanaka Shuta J、Mori Koji、Uchida Hiroyuki、Terada Yukikatsu、Ishizaki Wataru
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 5 ページ: 1186-1197
  • DOI: 10.1093/pasj/psac062
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vibration Characteristics of a Continuously Rotating Superconducting Magnetic Bearing and Potential Influence to TES and SQUID (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama S.、Ghigna T.、Hoshino Y.、Katayama N.、Katsuda S.、Komatsu K.、Matsumura T.、Sakurai Y.、Sato K.、Takaku R.、Tashiro M.、Terada Y.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 209 号: 5-6 ページ: 1088-1096
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02846-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detailed design of the science operations for the XRISM mission (2021)
  • 著者名/発表者名: Terada Yukikatsu、Holland Matt、Loewenstein Michael、Tashiro Makoto、他35名（35番目）
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 7 号: 03 ページ: 037001-037001
  • DOI: 10.1117/1.jatis.7.3.037001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Possible Detection of X-Ray Emitting Circumstellar Material in the Synchrotron-dominated Supernova Remnant RX J1713.7-3946 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Dai、Katsuda Satoru、Terada Yukikatsu、Acero Fabio、Yoshida Takashi、Fujimoto Shin-ichiro、Sano Hidetoshi
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 号: 2 ページ: 187-187
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac2c00
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of the hard X-ray non-thermal emission from Kepler’s supernova remnant (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagayoshi Tsutomu、Bamba Aya、Katsuda Satoru、Terada Yukikatsu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 73 号: 2 ページ: 302-312
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detail plans and preparations for the science operations of the XRISM mission (2020)
  • 著者名/発表者名: Terada Yukikatsu、Holland Matthew P.、Loewenstein Michael et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1117/12.2560861
  • 国際共著
• [雑誌論文] The XRISM science data center: optimizing the scientific return from a unique x-ray observatory (2020)
  • 著者名/発表者名: Loewenstein Michael、Hill Robert S.、Holland Matthew P et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1117/12.2560840
  • 国際共著
• [雑誌論文] Planning in-flight calibration for XRISM (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller E. D., Sawada M., Guainazzi M., Simionescu A., and Terada Y.(21th), and other 33 authors
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 1144426-1144426
  • DOI: 10.1117/12.2561608
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status of x-ray imaging and spectroscopy mission (XRISM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tashiro Makoto S.、Maejima Hironori、Toda Kenichi et al.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 11444 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1117/12.2565812
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of the in-orbit instrumental background of the Hard X-ray Imager onboard Hitomi (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagino K., Odaka H., Sato G., Sato T., and Terada Y.(39th), and other 40 authors
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes Instruments and Systems 巻: 6 号: 04 ページ: 046003-046003
  • DOI: 10.1117/1.jatis.6.4.046003
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low X-ray Efficiency of a Young High-B Pulsar PSR J1208?6238 Observed with Chandra (2020)
  • 著者名/発表者名: Bamba Aya、Watanabe Eri、Mori Koji、Shibata Shinpei、Terada Yukikatsu、Sano Hidetoshi、Filipovi? Miroslav D.
  • 雑誌名: Astrophysics and Space Science 巻: 365 号: 11 ページ: 178-178
  • DOI: 10.1007/s10509-020-03891-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] XRISM 衛星科学運用に向けた準備進捗２０２２年度 (2023)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功、田代信、ほか 35名
  • 学会等名: 第23回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] Timing Working Group Report (2022)
  • 著者名/発表者名: Yukikatsu Terada et al
  • 学会等名: International Astrophysical Consortium for High Energy Calibration Meeting 2022 Spring Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Gamma-ray Diagnostics of r-process Nucleosynthesis in the Remnants of Galactic Binary Neutron-Star Mergers (2022)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada, Y.Miwa, H.Ohsumi, S.Fujimoto, S.Katsuda, A.Bamba, R.Yamazaki
  • 学会等名: UKAKUREN-RCNP Conference on AstroNuclear Physics (ANP2022)
  • 国際学会
• [学会発表] 銀河系内中性子星連星合体残骸からの核ガンマ線放射診断 (2022)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功(埼玉大,JAXA), 三輪祐也(埼玉大), 大住隼人(埼玉大), 藤本信一郎(熊本高専), 勝田哲(埼玉大), 馬場彩(東大), 山崎了(青山学院大)
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会2022
• [学会発表] 高感度核ガンマ線観測で拓く宇宙r-process 重元素合成 (2022)
  • 著者名/発表者名: 寺田 幸功 (埼玉大)
  • 学会等名: 2040年代のスペース天文学研究会
• [学会発表] XRISM 衛星科学運用に向けた準備進捗２０２１年度 (2022)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功 ほか33名
  • 学会等名: 第22回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 核ガンマ線を用いた銀河系内中性子星連星合体残骸の探査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功
  • 学会等名: ～中性子星の観測と理論～研究活性化ワークショップ 2021,
• [学会発表] 中性子星連星合体イベントのガンマ線残光の探査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功
  • 学会等名: 研究会「中性子星・超新星残骸及び関連天体」
• [学会発表] Timing Working group (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukikatsu Terada
  • 学会等名: International Astronomical Consortium for High-Energy Calibration, 2021 Virtual Spring Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Timing Working group Status report (2021)
  • 著者名/発表者名: Yukikatsu Terada
  • 学会等名: International Astronomical Consortium for High-Energy Calibration, 2021 Virtual Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Theoretical Estimations and Observational Systematic Survey of R-process Gamma-rays from Galactic Kilonova Remnants (2021)
  • 著者名/発表者名: Terada Yukikatsu , Miwa Yuya , Fujimoto Sihichiro , Katsuda Satoru , Bamba Aya , Yamazaki Ryo
  • 学会等名: 43rd COSPAR Scientific Assembly Session E1.6 X- AND GAMMA-RAY COUNTERPARTS OF NEW TRANSIENTS IN THE MULTIMESSENGER ERA
  • 国際学会
• [学会発表] XRISM 衛星科学運用に向けた準備進捗２０２０年度 (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺田幸功 , 田代信 , 高橋弘充 , 信川正順 , 水野恒史 , 宇野伸一郎 , 久保田あや , 中澤知洋 , 渡辺伸 , 飯塚亮 , 佐藤理江 , 林克洋 , Baluta Chris , 海老沢研 , 江口智士 , 深沢泰司 , 勝田哲 , 北口貴雄 , 小高裕和 , 大野雅功 , 太田直美 , 志達めぐみ , 菅原泰晴 , 谷本敦 , 寺島雄一 , 坪井陽子 , 内田悠介 , 内山秀樹 , 山内茂雄
  • 学会等名: 第21回宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] Detail plans and preparations for the science operations of the XRISM mission (2020)
  • 著者名/発表者名: Terada Y., Holland M., Loewenstein M., Tashiro M., and other 34 authors
  • 学会等名: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 国際学会
• [学会発表] The XRISM science data center: optimizing the scientific return from a unique x-ray observatory (2020)
  • 著者名/発表者名: Loewenstein M., Hill R. S., Holland M. P., Miller E. D., and Terada Y.(11th), and other 34 authors
  • 学会等名: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 国際学会
• [学会発表] Planning in-flight calibration for XRISM (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller E. D., Sawada M., Guainazzi M., Simionescu A., and Terada Y.(21th), and other 33 authors
  • 学会等名: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 国際学会
• [学会発表] Status of x-ray imaging and spectroscopy mission (XRISM) (2020)
  • 著者名/発表者名: Tashiro M., Maejima H., Toda K., Kelley R., and Terada Y.(19th), and other 88 authors
  • 学会等名: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 国際学会
• [備考] XRISMが挑む宇宙の謎#3, 静かで激しい宇宙の実験室 ー白色矮星ー
  • URL: https://note.com/xrism/n/nd4993054455e
• [備考] XRISM core-to-core program
  • URL: https://www.oai.saitama-u.ac.jp/core2core/