X線精密分光観測と微細構造の系統探査で探る銀河団プラズマの物理量

• 研究課題/領域番号: 20K14524
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 立教大学
• 研究代表者: 一戸 悠人 立教大学, 理学部, 助教 (30792519)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 銀河団 / X線天文学 / 銀河団プラズマ

研究開始時の研究の概要

宇宙のバリオンの大部分を占める銀河団プラズマ (ICM) の、基本的な物理パラメータは未だよくわかっていない。本研究では、超高角度分解能 X 線撮像観測と超精密 X 線分光観測を組み合わせ、明るい銀河団に存在する微細空間構造をプローブとして ICM の物理状態に観測的な制限をつけることを目指す。 本研究計画では、明るい銀河団の Chandra アーカイブデータの系統解析、そして Resolve による銀河団観測を行う。Resolve は開発段階から参加し、分光能力を最大限発揮するための性能最適化、および解析手法の開発を行う。

研究実績の概要

Chandra 衛星アーカイブデータ解析という観点から、前年度着手した、超新星残骸など非分散型カロリメータで初めて高精度分解能が本格的に実現される銀河団以外の天体についての解析を進めた。高エネルギー分解能分光データ解析と相補的になる高角度分解能画像データ解析において、医療画像解析に用いられる free-form image registration という異分野手法を導入することで、従来は難しかった変形する天体の各部分についての時間的な特徴付けを実現し、論文を出版した。
XRISM 衛星搭載 Resolve 検出器性能最適化という観点からは、Resolve カロリメータと類似の原理で動作する TES カロリメータを用いた、J-PARC や SPring-8 などの加速器施設での地上実験にも参加し、ソフトウェアの開発などを行うことで、カロリメータ検出器の理解を深めたほか、前年度以前に行なった加速器実験の結果も論文として出版された。
Resolve による観測という観点からは、打ち上げ直後の performance verification フェーズにおける初期観測天体の観測戦略の議論や、Modulated X-ray Source によるバックグラウンドの観測への影響の議論などを行なった。また、韓国で行われた国際天文学連合総会において、XRISM 開発の現状、および期待される科学成果などについて招待講演を行なった。さらに、XRISM 観測とシナジーが予想される天体の他装置による観測プロポーザルなどを提出した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

Chandra アーカイブデータ解析の面からは、当初の銀河団という枠を超えた超新星残骸という天体の解析を完成させ、論文化することができたため、当初の目標よりもやや研究が発展していると言える。
一方で、Resolve による銀河団観測という観点からは、初期観測ターゲットに関する議論やバックグラウンドの影響の評価などは進んでいる一方で、XRISM 打ち上げは当初の予定より遅れており、本年度行う予定であった Resolve の軌道上性能の最適化は行えていないため、当初の目標よりも研究は遅れている。

今後の研究の推進方策

XRISM は今年度中に打ち上げ予定である。XRISM における初期観測ターゲットチームの活動を引き続き続け、打ち上げに向け、銀河団プラズマの物理的性質を最も引き出すことができるような観測戦略の詳細を詰める。引き続き Resolve チームに所属し、打ち上げ直後の XRISM データを解析し、銀河団プラズマの物理量に強い制限を加えることを目指す。

研究成果

• [国際共同研究] NASA/NIST/Yale U.(米国)
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [国際共同研究] NASA/NIST/CfA(米国)
• [国際共同研究] SRON(オランダ)
• [国際共同研究] INAF(イタリア)
• [国際共同研究] NASA/NIST(米国)
• [国際共同研究] SRON(オランダ)
• [国際共同研究] Masaryk University(チェコ)
• [雑誌論文] High-sensitive XANES analysis at Ce L2-edge for Ce in bauxites using transition-edge sensors: Implications for Ti-rich geological samples (2023)
  • 著者名/発表者名: Li Wenshuai、Yamada Shinya、et al.
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 巻: 1240 ページ: 340755-340755
  • DOI: 10.1016/j.aca.2022.340755
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Galaxy clusters at z~1 imaged by ALMA with the Sunyaev-Zel'dovich effect (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kitayama, S. Ueda, N. Okabe, T. Akahori, M. Hilton, J. P. Hughes, Y. Ichinohe, K. Kohno, E. Komatsu, Y.-T. Lin, H. Miyatake, M. Oguri, C. Sifon, S. Takakuwa, M. Takizawa, T. Tsutsumi, J. van Marrewijk, E. J. Wollack
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 2 ページ: 311-337
  • DOI: 10.1093/pasj/psac110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spatiotemporal Characterization of Cassiopeia A (2023)
  • 著者名/発表者名: Ichinohe Yuto、Sato Toshiki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 946 号: 2 ページ: 87-87
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acafe0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Super DIOS Project for Exploring “Dark Baryon” (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato K.、Yamasaki N. Y.、Ishida M.、Maeda Y.、Mitsuda K.、Ishisaki Y.、Fujita Y.、Ezoe Y.、Mitsuishi I.、Tawara Y.、Osato K.、Kawai N.、Matsushita K.、Nagai D.、Yoshikawa K.、Fujimoto R.、Tsuru T. G.、Ota N.、Yamada S.、Ichinohe Y.、Uchida Y.、Nakashima Y.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 209 号: 5-6 ページ: 971-979
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02910-w
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Application of Deep Learning to the Evaluation of Goodness in the Waveform Processing of Transition-Edge Sensor Calorimeters (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Ichinohe et al.
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: - 号: 5-6 ページ: 02719-02719
  • DOI: 10.1007/s10909-022-02719-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurements of Strong-Interaction Effects in Kaonic-Helium Isotopes at Sub-eV Precision with X-Ray Microcalorimeters (2022)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto T. et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 128 号: 11 ページ: 112503-112503
  • DOI: 10.1103/physrevlett.128.112503
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray hot spots in the eastern ear of the supernova remnant W 50 and the microquasar SS 433 system (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayakawa Ryota、Yamada Shinya、Suda Hirotaka、Ichinohe Yuto、Higurashi Ryota、Sakemi Haruka、Machida Mami、Ohmura Takumi、Katsuda Satoru、Uchiyama Hideki、Sato Toshiki、Akamatsu Hiroki、Axelsson Magnus
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: - 号: 3 ページ: 510-520
  • DOI: 10.1093/pasj/psac011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deep Chandra observations of merging galaxy cluster ZwCl 2341+0000 (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang X.、Simionescu A.、Stuardi C.、van Weeren R. J.、Intema H. T.、Akamatsu H.、de Plaa J.、Kaastra J. S.、Bonafede A.、Bruggen M.、ZuHone J.、Ichinohe Y.
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 656 ページ: A59-A59
  • DOI: 10.1051/0004-6361/202141540
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deexcitation Dynamics of Muonic Atoms Revealed by High-Precision Spectroscopy of Electronic K X Rays (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Okumura et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 127 号: 5 ページ: 053001-053001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.127.053001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamical Response of Transition-Edge Sensor Microcalorimeters to a Pulsed Charged-Particle Beam (2021)
  • 著者名/発表者名: Okumura Takuma、Azuma Toshiyuki、Bennett Douglas A.、Caradonna Pietro、Chiu I-Huan、Doriese W. Bertrand、Durkin Malcolm S.、Fowler Joseph W.、Gard Johnathon D.、Hashimoto Tadashi、Hayakawa Ryota、Hilton Gene C.、Ichinohe Yuto、Indelicato Paul et al.
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Applied Superconductivity 巻: 31 号: 5 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/tasc.2021.3067793
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Broadband high-energy resolution hard x-ray spectroscopy using transition edge sensors at SPring-8 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamada Shinya、Ichinohe Yuto、et al.
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 号: 1 ページ: 013103-013103
  • DOI: 10.1063/5.0020642
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Substructures in the core of Abell?2319 (2021)
  • 著者名/発表者名: Ichinohe Y、Simionescu A、Werner N、Markevitch M、Wang Q H S
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: - 号: 2 ページ: 2800-2810
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1060
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gas Density Perturbations in the Cool Cores of CLASH Galaxy Clusters (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Shutaro、Ichinohe Yuto、Molnar Sandor M.、Umetsu Keiichi、Kitayama Tetsu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 892 号: 2 ページ: 100-100
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7bdc
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High Energy Background Event Identification Using Local Group Trigger in a 240-pixel X-ray TES Array (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Yamada et al.
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: － 号: 5-6 ページ: 392-399
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02468-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Waveform Analysis of a 240-Pixel TES Array for X-Rays and Charged Particles Using a Function of Triggering Neighboring Pixels (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Hayakawa et al.
  • 雑誌名: J. Low Temp. Phys. 巻: - 号: 5-6 ページ: 269-276
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02449-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] X-ray Spectroscopy of Muonic Atoms Isolated in Vacuum with Transition Edge Sensors (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada S.、Azuma T.、Bennett D. A.、Caradonna P.、Doriese W. B.、Durkin M. S.、Fowler J. W.、Gard J. D.、Hashimoto T.、Hayakawa R.、Hilton G. C.、Ichinohe Y.、Indelicato P.、Isobe T.、Kanda S.、Katsuragawa M.、Kawamura N.、Kino Y., et al.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 20 号: 5-6 ページ: 445-451
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02476-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mitigating the Effects of Charged Particle Strikes on TES Arrays for Exotic Atom X-ray Experiments (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuno H.、the J-PARC E62 Collaboration、Bennett D. A.、Doriese W. B.、Durkin M. S.、Fowler J. W.、Gard J. D.、Hashimoto T.、Hayakawa R.、Hayashi T.、Hilton G. C.、Ichinohe Y.、Noda H.、O’Neil G. C.、Okada S.、Reintsema C. D.、Schmidt D. R.、Swetz D. S.、Ullom J. N.、Yamada S.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 200 号: 5-6 ページ: 247-254
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02484-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] XRISM observation of galaxy clusters (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuto Ichinohe
  • 学会等名: Dynamics of the ICM: Radio and X-ray Observations and Theory, IAUGA 2022 FM6
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 最先端超伝導検出器で探るミュオン原子形成過程の全貌
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2021/07/mknpps000001oo10.html
• [備考] 大強度加速器×超高精度“温度計”で原子核を作る力に迫る
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2022/03/mknpps000001wdb7.html
• [備考] 超伝導転移端検出器TESを用いた蛍光XAFS分析に成功
  • URL: https://www.rikkyo.ac.jp/news/2021/01/mknpps000001dxgp.html