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: 国立研究開発法人理化学研究所 (2023); 立教大学 (2020-2022)
• 研究代表者: 一戸 悠人 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 研究員 (30792519)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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線分光 / 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。

研究成果の概要

本研究成果によって、画像上の微細構造を用いた手法においては実際にICM実効粘性に制限をつけることに成功したほか、新たな手法を複数開発できた。高精度X線分光を用いた手法においては、深層学習を利用した新たなデータ解析手法を開発できた。また、打ち上げが大幅に遅れたにも関わらず、Resolveを用いて銀河団プラズマの観測データが続々と得られるようになってきており、銀河団プラズマの物理の理解が大幅に進む下地は整った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

銀河団プラズマの乱流・磁場などの物理状態は、宇宙物理学的にも宇宙論的にも重要であるが、理解がほとんど進んでいない。これらの問題は根本的に、これら基礎物理や実効的な物理パラメータを直接観測的に理解することによってのみ解決される。本研究により、銀河団のミクロな物理量を探るための重要な二つのプローブが大幅に進歩したと言える。物理を探る下地を整えたことで、来るXRISMの時代に向けて万全の体制で銀河団プラズマの物理状態を探ることができることになろう。

研究成果

• [国際共同研究] NIST(米国)
• [国際共同研究] CNRS(フランス)
• [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] Application of transition-edge sensors for micro-X-ray fluorescence measurements and micro-X-ray absorption near edge structure spectroscopy: a case study of uranium speciation in biotite obtained from a uranium mine (2024)
  • 著者名/発表者名: Takumi, Ichinohe et al.
  • 雑誌名: The Analyst 巻: N/A 号: 10 ページ: 2932-2941
  • DOI: 10.1039/d4an00059e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proof-of-Principle Experiment for Testing Strong-Field Quantum Electrodynamics with Exotic Atoms: High Precision X-Ray Spectroscopy of Muonic Neon (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Okumura, T. Azuma, D. A. Bennett, I. Chiu, W. B. Doriese, M. S. Durkin, J. W. Fowler, J. D. Gard, T. Hashimoto, R. Hayakawa, G. C. Hilton, Y. Ichinohe, P. Indelicato, T. Isobe, S. Kanda, M. Katsuragawa, N. Kawamura, Y. Kino, K. Mine, Y. Miyake, K. M. Morgan, K. Ninomiya et al.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 号: 17 ページ: 173001-173001
  • DOI: 10.1103/physrevlett.130.173001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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 / オープンアクセス / 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