超軽量・広視野・高角度分解能望遠鏡による大質量星形成領域の広がったX線放射の解明

• 研究課題/領域番号: 21J12023
• 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: 東京都立大学
• 研究代表者: 福島 碧都 東京都立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: X線天文学 / 大質量星形成領域 / 広がったX線放射 / マイクロマシン技術 / 軽量X線望遠鏡 / 広視野X線望遠鏡 / 高温プラズマ / 粒子加速 / MEMS

研究開始時の研究の概要

太陽の10-数百倍の質量を持つ「大質量星」は高速の星風や超新星爆発を通じて銀河の進化に絶大な影響を及ぼす。近年のX線観測衛星の性能向上は、大質量星が活発に生成される領域に数十光年以上に渡って広がるX線放射の存在を明らかにした。これは大質量星周囲の広範囲に未解明の高エネルギー現象が生じていることを示唆する。本研究ではこの放射の包括的な解明のために、(1) 広視野かつ高感度を低コストに実現する次世代型の超軽量X線望遠鏡の開発を行い、超小型衛星による宇宙実証を進める。さらに、(2) 複数の既存衛星データを系統解析することで、広がった放射の基本性質を定量的に調べ、その起源や全体像の理解を目指す。

研究実績の概要

本研究の目的は、X線観測を介した大質量星周辺環境の理解である。太陽の10-数百倍の質量を持つ「大質量星」は銀河進化に欠かせない重要天体として知られる。大質量星が活発に誕生する星形成領域では空間的に広がったX線放射がしばしば観測され、高エネルギーの星間現象を探る手がかりとして期待できる。本研究ではこの放射の根本的理解のために (1) 広視野・高感度で放射を捉える次世代型の軽量望遠鏡の開発を進めつつ、(2) 既存のX線天文衛星のデータを解析することで放射の起源や基礎物理の解明を目指している。
望遠鏡はマイクロマシン技術を用いることで超小型衛星に搭載できるほど小型・軽量でありながら、広がった放射に日本の大型衛星「すざく」に匹敵する感度を実現できる。従来課題であった結像性能はX線反射鏡面の形状改善により、宇宙実証機であり2025年までの打ち上げを目指す超小型衛星 GEO-X の要求を達成し、加熱処理の長時間化により将来探査に必要な性能が得られる見込みを得た。打ち上げに向けては、製作プロセスや組み立て部品の微調整を行い、宇宙実証に向けた最終局面を迎えつつある。
衛星データ解析では、2000年代初頭から現在までに「すざく」や Chandra 等で観測されてきた広がった放射と星団の性質を系統的に調査し、放射のスペクトルや表面輝度等の基本的な性質が大質量星自身よりむしろ星間物質に強く依存する結果を得た。これは従来議論されてきた広がったプラズマの温度の違いや、熱的/非熱的といった違いを統一的な描像で説明する可能性を含む。本研究成果は査読付き論文や博士論文として発表を行った。

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] Improvement of imaging performance of silicon micropore X-ray optics by ultra long-term annealing (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Aoto、Ishi Daiki、Ezoe Yuichiro、Ishikawa Kumi、Numazawa Masaki、Sakuda Sae、Uchino Tomoki、Inagaki Ayata、Ueda Yoko、Morishita Hiromi、Sekiguchi Luna、Murakawa Takatoshi、Tsuji Yukine、Mitsuda Kazuhisa、Kanamori Yoshiaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 30 号: 14 ページ: 25195-25207
  • DOI: 10.1364/oe.459774
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Suzaku and Chandra study of diffuse X-ray emission from the massive star-forming region RCW?38 (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Aoto、Ezoe Yuichiro、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 1 ページ: 187-198
  • DOI: 10.1093/pasj/psac100
  • 査読あり
• [学会発表] MEMS技術を用いた超軽量X線望遠鏡の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 村川貴俊, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴, 福島碧都, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕大, 満田和久, 森下浩平, 中嶋一雄, 金森義明
  • 学会等名: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 原子層堆積法を用いた Co 成膜 Si 光学系の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辻雪音，伊師大貴，福島碧都，江副祐一郎，石川久美，沼澤正樹，稲垣綾太，上田陽功，森下拓海, 関口るな，村川貴俊，山口和馬，石川怜，森本大輝，山田裕大，満田和久
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] 超軽量X線望遠鏡への原子層堆積法による Co 成膜の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 辻雪音，伊師大貴，福島碧都，江副祐一郎，石川久美，沼澤正樹，稲垣綾太，上田陽功，森下拓海, 関口るな，村川貴俊，山口和馬，石川怜
  • 学会等名: 化学工学会第88年会
• [学会発表] 大質量星形成領域 RCW 38 の広がったX線放射の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 福島碧都
  • 学会等名: 第22回高宇連研究会
• [学会発表] Pt-coated Si X-ray optics with plasma atomic layer deposition for GEO-X mission (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Numazawa, Daiki Ishi, Aoto Fukushima, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Sae Sakuda, Tomoki Uchino, Ayata Inagaki, Hiromi Morishita, Yoko Ueda, Takatoshi Murakawa, Yukine Tsuji, Luna Sekiguchi, Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: 22nd International Conference on Atomic Layer Deposition
  • 国際学会
• [学会発表] Co-coated Si X-ray optics with atomic layer deposition (2022)
  • 著者名/発表者名: Yukine Tsuji, Aoto Fukushima, Daiki Ishi, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Masaki Numazawa, Tomoki Uchino, Sae Sakuda, Ayata Inagaki, Yoko Ueda, Hiromi Morishita, Luna Sekiguchi, Takatoshi Murakawa, Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: 22nd International Conference on Atomic Layer Deposition
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Bragg reflection-type X-ray polarimeter based on a bent silicon crystal using hot plastic deformation (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoko Ueda, Tomoki, Uchino, Daiki Ishi, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Masaki Numazawa, Aoto Fukushima, Sae Sakuda, Ayata Inagaki, Hiromi Morishita, Luna Sekiguchi, Takatoshi Murakawa, Yukine Tsuji, Haruyuki Hiromoto, Kazuhisa Mitsuda, Kohei Morishita, and Kazuo Nakajima
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-lightweight X-ray telescope fabricated with multiple MEMS technologies for GEO-X mission (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Numazawa, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Daiki Ishi, Aoto Fukushima, Sae Sakuda, Tomoki Uchino, Ayata Inagaki, Hiromi Morishita, Yoko Ueda, Takatoshi Murakawa, Luna Sekiguchi, Yukine Tsuji, Ikuyuki Mitsuishi, Hiroshi Nakajima, Yoshiaki Kanamori, Kazuhisa Mitsuda
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Collimator of the ultra-lightweight X-ray telescope for the GEO-X mission (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumi Ishikawa, Takatoshi Murakawa, Daiki Ishi, Masaki Numazawa, Aoto Fukushima, Sae Sakuda, Tomoki Uchino, Ayata Inagaki, Hiromi Morishita, Yoko Ueda, Luna Sekiguchi, Yukine Tsuji, Yuichiro Ezoe
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] The GEO-X optical blocking filter (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikuyuki Mitsuishi, Kazuto Kashiwakura, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Masaki Numazawa, Sae Sakuda, Daiki Ishi, Aoto Fukushima, Tomoki Uchino, Hiromi Morishita, Yoko Ueda, Ayata Inagaki, Ben Zeiger
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an ultra-lightweight X-ray telescope using MEMS technology (2022)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Morishita, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Masaki Numazawa, Daiki Ishi, Aoto Fukushima, Tomoki Uchino, Sae Sakuda, Ayata Inagaki, Yoko Ueda, Luna Sekiguchi, Tsuji Yukine, Takatoshi Murakawa, Kazuhisa Mitsuda, Kohei Morishita, Kazuo Nakajima, Yoshiaki Kanamori
  • 学会等名: Japan Geoscience Union Meeting 2022
• [学会発表] 微細加工技術を用いた軽量ロブスターアイ光学系の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川久美, 伊師大貴, 福島碧都, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 沼澤正樹, 江副祐一郎, 満田和久, 金森義明, 森下浩平
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] GEO-X 衛星に向けた迷光防止用コリメータの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村川貴俊, 石川久美, 沼澤正樹，江副祐一郎，伊師大貴，福島碧都，稲垣綾太，上田陽功，森下弘海, 辻雪音，関口るな，山口和馬，石川怜，森本大貴，山田裕大, 満田和久
  • 学会等名: 日本天文学会2023年春季年会
• [学会発表] X線反射率向上を目指した原子層堆積法による軽元素膜付け (2022)
  • 著者名/発表者名: 石川 久美, 伊師 大貴, 江副 祐一郎, 沼澤 正樹, 福島 碧都, 内野 友樹, 作田 紗恵, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 満田 和久
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] MEMS 技術を用いた超軽量X線望遠鏡の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 森下 弘海, 江副 祐一郎, 石川 久美, 沼澤 正樹, 伊師 大貴, 福島 碧都, 内野 友樹, 作田 紗恵, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 満田 和久, 森下 浩平, 中嶋 一雄, 金森 義明
  • 学会等名: 第22回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] MEMS 技術を用いた Schmidt 配置 Lobster eye X線光学系の開発 II (2022)
  • 著者名/発表者名: 作田 紗恵, 江副 祐一郎, 石川 久美, 沼澤 正樹, 伊師 大貴, 福島 碧都, 内野 友樹, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 満田 和久, 森下 浩平, 金森 義明
  • 学会等名: 第69回 応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Smoothing of silicon micropore X-ray optics by thermal annealing (2021)
  • 著者名/発表者名: Aoto Fukushima, Yuichiro Ezoe, Kumi Ishikawa, Daiki Ishi, Sae Sakuda, Tomoki Uchino, Ayata Inagaki, Yoko Ueda, Hiromi Morishita, Luna Sekiguchi, Takatoshi Murakawam Yukine Tsuji, Masaki Numazawa, Kazuhisa Mitsuda, Yoshiaki Kanamori
  • 学会等名: 34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 原子層堆積法を用いた Co 成膜 Si 光学系のX線反射率評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福島 碧都, 伊師 大貴, 江副 祐一郎, 石川 久美, 内野 友樹, 作田 紗恵, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 沼澤 正樹, 満田 和久
  • 学会等名: 第82回 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] MEMS技術を用いたSchmidt配置Lobster eye光学系の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 作田 紗恵, 江副 祐一郎, 石川 久美, 沼澤 正樹, 伊師 大貴, 福島 碧都, 内野 友樹, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 満田 和久, 金森 義明, 森下 浩平
  • 学会等名: 第82回 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 広視野を少数の撮像素子でカバーする多重化ロブスターアイX線光学系 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内山 慶祐, 玉川 徹, 三原 建弘, 榎戸 輝揚, 沼澤 正樹, 周 圓輝, 江副 祐一郎, 伊師 大貴, 福島 碧都, 内野 友樹, 作田 紗恵, 石川 久美, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 坂本 貴紀
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] 次世代X線偏光観測衛星を目指した高温塑性変形 Si 湾曲ブラッグ反射光学系のミッション検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 内野 友樹, 伊師 大貴, 廣本 悠透, 江副 祐一郎, 石川 久美, 福島 碧都, 作田 紗恵, 稲垣 綾太, 上田 陽功, 森下 弘海, 関口 るな, 辻 雪音, 村川 貴俊, 沼澤 正樹, 満田 和久, 森下 浩平, 中嶋 一雄
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会