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精密X線分光と放射輸送計算による超高速アウトフローの形成メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K13963
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
研究機関東京大学 (2022-2023)
東京理科大学 (2021)

研究代表者

萩野 浩一  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (70762061)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードブラックホール / 超精密X線分光 / 超高速アウトフロー / X線時間変動 / X線・可視・紫外同時観測 / モンテカルロシミュレーション / 放射輸送計算
研究開始時の研究の概要

超高速アウトフローは、巨大ブラックホール近傍から鉄などの重元素を光速の数十%もの速度で放出する現象であり、巨大ブラックホールと銀河の共進化に重要な役割を果たしていると考えられる。しかし、現状の観測装置では、観測可能な天体が限定されている上に、明るい天体に対しても感度が不十分であるため、その基本的な形成メカニズムですら不明である。
本研究では、2022年度打ち上げ予定のXRISM衛星による精密X線分光観測と独自の放射輸送計算によるX線スペクトルモデルを組み合わせることで、超高速アウトフローの形成メカニズムを解明することを目指す。

研究実績の概要

超高速アウトフローは銀河中心の超巨大ブラックホール近傍から光速の数十%という極めて高速で鉄などの重元素を放出する現象であり、その莫大な運動エネルギーから銀河とブラックホールの共進化において重要な役割を果たしていると考えられている。本研究の目的は、XRISM衛星による超精密X線分光観測と3次元放射輸送計算により、超高速アウトフローの形成メカニズムを解明することである。 今年度は、これまで開発を進めてきたXRISM衛星を2023年9月7日に無事に打ち上げることに成功した。さらにXRISM衛星の観測装置の立ち上げや校正観測運用を実施した後に、ついに超高速アウトフロー天体であるPDS 456 (PI: 萩野) を2024年3月11日から16日の計6日間 (総露光時間240 ks) にわたって観測することができた。加えて、XRISM衛星による軟X線帯域での超精密分光データを最大限に活用するために、分光性能は低いものの軟X線帯域で大有効面積を有するXMM-Newton衛星、XRISM衛星では観測できない硬X線帯域に感度を持つNuSTAR衛星でも同時観測を行った。さらには、XRISMによる観測と重なる期間で、Swift衛星、国際宇宙ステーションのNICERによるX線光度変動に特化した観測、超高速アウトフローの発生源とされる降着円盤近傍を観測可能なせいめい望遠鏡による可視・紫外帯域の観測も実施しており、極めて大規模な観測キャンペーンの実施に成功した。現在、観測データの解析および論文化を鋭意進めているところであり、これまでの観測ではわかっていなかった画期的な観測成果が見えつつある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

ついに、XRISM衛星による超高速アウトフローの精密X線分光観測に成功し、当初計画していた以上の画期的な成果が出ることが見込まれる。しかしながら、H3ロケットの打ち上げ失敗の影響によってXRISM衛星の打ち上げ時期が遅延し、その影響で超高速アウトフローの観測も遅れたため「やや遅れている」とした。

今後の研究の推進方策

すでに、XRISM衛星を用いて超高速アウトフロー天体であるPDS 456 (PI: 萩野) の超精密分光観測の実現に成功した。さらに、XMM-Newton衛星、NuSTAR衛星、Swift衛星、NICERの計4つのX線観測宇宙望遠鏡、地上の可視光望遠鏡である「せいめい」を用いた大規模な観測を実施したことにより、解析すべき観測データが非常に膨大な量になっている。
今年度は、私がリーダーを務めるXRISM衛星によるPDS 456観測チームで手分けして、これらの観測データの解析と詳細な物理モデリングを進める。すでに画期的な成果が見え始めており、今年度中に国内・国際学会で報告し、年度内に論文として出版することを目指す。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 5件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 8件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Technion(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] National Institute for Nuclear Physics(イタリア)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Saint Mary's University(カナダ)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Catholic University of America(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Hitomi HXT deconvolution imaging of the Crab Nebula dazzled by the Crab pulsar2024

    • 著者名/発表者名
      Morii Mikio、Maeda Yoshitomo、Awaki Hisamitsu、Hagino Kouichi、Ishida Manabu、Mori Koji
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 76 号: 2 ページ: 272-284

    • DOI

      10.1093/pasj/psae008

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Design study and spectroscopic performance of SOI pixel detector with a pinned depleted diode structure for X-ray astronomy2024

    • 著者名/発表者名
      Yukumoto Masataka、Mori Koji、Takeda Ayaki、Nishioka Yusuke、Yonemura Syuto、Izumi Daisuke、Iwakiri Uzuki、Tsuru Takeshi G.、Kurachi Ikuo、Hagino Kouichi、Arai Yasuo、Kohmura Takayoshi、Tanaka Takaaki、Kimura Miraku、Fuchita Yuta、Yoshida Taiga、Ikeda Tomonori
    • 雑誌名

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      巻: 1060 ページ: 169033-169033

    • DOI

      10.1016/j.nima.2023.169033

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radiation-Induced Degradation Mechanism of X-Ray SOI Pixel Sensors With Pinned Depleted Diode Structure2023

    • 著者名/発表者名
      Hagino Kouichi、Kitajima Masatoshi、Kohmura Takayoshi、Kurachi Ikuo、Tsuru Takeshi G.、Yukumoto Masataka、Takeda Ayaki、Mori Koji、Nishioka Yusuke、Tanaka Takaaki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Nuclear Science

      巻: 70 号: 7 ページ: 1444-1450

    • DOI

      10.1109/tns.2023.3287130

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of the focal-plane CMOS detector for the GEO-X mission2023

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Hiroshi、Nakamura Shotaro、Hagino Koichi、Kiuchi Ayumi、Matsumoto Takuya、Yamagami Tohya、Yoneyama Tomokage、Hiraga Junko S.、Ezoe Yuichiro、Numazawa Masaki、Ishikawa Kumi、Kitamura Hisashi
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 10 号: 01 ページ: 034006-034006

    • DOI

      10.1117/1.jatis.10.1.016001

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GEOspace X-ray imager (GEO-X)2023

    • 著者名/発表者名
      Ezoe Y、Funase R、Nagata H、Miyoshi Y、Nakajima H、Mitsuishi I、Ishikawa K、Numazawa M、Kawabata Y、Nakajima S、Fuse R、Boden R C.、Kamps L、Yoneyama T、Hagino K、他
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 9 号: 03 ページ: 016001-016001

    • DOI

      10.1117/1.jatis.9.3.034006

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] X-ray radiation damage effects on double-SOI pixel detectors for the future astronomical satellite FORCE2022

    • 著者名/発表者名
      Kitajima Masatoshi、Hagino Kouichi、Kohmura Takayoshi、Hayashida Mitsuki、Oono Kenji、Negishi Kousuke、Yarita Keigo、Doi Toshiki、Tsunomachi Shun、Tsuru Takeshi G.、et al.
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 8 号: 02 ページ: 26007-26007

    • DOI

      10.1117/1.jatis.8.2.026007

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single event tolerance of x-ray silicon-on-insulator pixel sensors2022

    • 著者名/発表者名
      Hagino Kouichi、Hayashida Mitsuki、Kohmura Takayoshi、Doi Toshiki、Tsunomachi Shun、Kitajima Masatoshi、Tsuru Takeshi G.、 et al.
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 8 号: 04 ページ: 046001-046001

    • DOI

      10.1117/1.jatis.8.4.046001

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The faintest solar coronal hard X-rays observed with FOXSI2022

    • 著者名/発表者名
      Buitrago-Casas Juan Camilo、Glesener Lindsay、Christe Steven、et al.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 665 ページ: A103-A103

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202243272

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of the focal-plane CMOS detector for the GEO-X mission2022

    • 著者名/発表者名
      Nakajima Hiroshi、Nakamura Shotaro、Hagino Koichi、Kiuchi Ayumi、Matsumoto Takuya、Yamagami Tohya、Yoneyama Tomokage、Hiraga Junko、Ezoe Yuichiro、Ishikawa Kumi
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE

      巻: 12181 ページ: 87-87

    • DOI

      10.1117/12.2628788

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] GEO-X (GEOspace x-ray imager)2022

    • 著者名/発表者名
      Ezoe Yuichiro、Funase Ryu、Nagata Harunori、Miyoshi Yoshizumi、Nakajima Hiroshi、Mitsuishi Ikuyuki、Ishikawa Kumi、Kawabata Yosuke、Nakajima Shintaro、Kamps Landon、Numazawa Masaki、Yoneyama Tomokage、Hagino Kouichi、Matsumoto Yosuke、Hosokawa Keisuke、Kasahara Satoshi
    • 雑誌名

      SPIE

      巻: 12181 ページ: 1218124-1218124

    • DOI

      10.1117/12.2629107

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Proton radiation damage tolerance of wide dynamic range SOI pixel detectors2022

    • 著者名/発表者名
      Tsunomachi Shun、Kohmura Takayoshi、Hagino Kouichi、Kitajima Masatoshi、Doi Toshiki、Aoki Daiki、Ohira Asuka、Shimizu Yasuyuki、Fujisawa Kaito、Yamazaki Shizusa、Uchida Yuusuke、Shimizu Makoto、Itoh Naoki、Arai Yasuo、Miyoshi Toshinobu、Nishimura Ryutaro、Tsuru Takeshi G.、Kurachi Ikuo
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 12191 ページ: 12191-12191

    • DOI

      10.1117/12.2629771

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] A broadband x-ray imaging spectroscopy in the 2030s: the FORCE mission2022

    • 著者名/発表者名
      Koji Mori, Takeshi G. Tsuru, Tetsu Kitayama (31番目), 他
    • 雑誌名

      Proceedings of SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation

      巻: 12181 ページ: 1218122-1218122

    • DOI

      10.1117/12.2628772

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Xtend, the soft x-ray imaging telescope for the x-ray imaging and spectroscopy mission (XRISM)2022

    • 著者名/発表者名
      Mori Koji、Tomida Hiroshi、Nakajima Hiroshi、(他52名)
    • 雑誌名

      Proceedings of the SPIE

      巻: 12181 ページ: 11-11

    • DOI

      10.1117/12.2626894

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Radiation Damage Effects in X-ray SOI Pixel Sensors with Pinned Depleted Diode Structure2023

    • 著者名/発表者名
      K. Hagino, M. Kitajima, T. Kohmura, I. Kurachi, T. G. Tsuru, M. Yukumoto, A. Takeda, K. Mori, Y. Nishioka, T. Tanaka
    • 学会等名
      2023 IEEE NSS MIC RTSD
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] PDD構造を持つX線SOIピクセル検出器の放射線耐性の実験的検証とその物理メカニズム2023

    • 著者名/発表者名
      萩野浩一
    • 学会等名
      SOI量子イメージセンサ研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発58: PDD構造を持つX線SOIピクセル検出器の放射線損傷による性能劣化機構の研究2023

    • 著者名/発表者名
      萩野浩一, 北島正隼, 幸村孝由, 倉知郁生, 鶴剛, 行元雅貴, 武田彩希, 森浩二, 西岡祐介, 田中孝明
    • 学会等名
      日本天文学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] X 線分光撮像衛星 (XRISM) 搭載軟 X 線撮像装置 (Xtend) の開発の現状 (9)2023

    • 著者名/発表者名
      信川久実子, 森浩二, 冨田洋, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2023年春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] X線分光撮像衛星XRISM搭載軟X線撮像装置Xtendの開発の状況 (11)2023

    • 著者名/発表者名
      野田博文, 森浩二, 冨田洋, 他
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Recent progress in development of trigger-output event-driven x-ray astronomy SOI pixel sensors2022

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Go Tsuru, Hiroyuki Uchida, Kazuho Kayama, et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Proton radiation damage tolerance of wide dynamic range SOI pixel detectors2022

    • 著者名/発表者名
      Shun Tsunomachi, Takayoshi Kohmura, Kouichi Hagino, Masatoshi Kitajima, Toshiki Doi, Daiki Aoki, Asuka Ohira, Yasuyuki Shimizu, Kaito Fujisawa, Shizusa Yamazaki, Yuusuke Uchida, Makoto Shimizu, Naoki Itoh, Yasuo Arai, Toshinobu Miyoshi, Ryutaro Nishimura, Takeshi Go Tsuru, and Ikuo Kurachi
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A broadband x-ray imaging spectroscopy in the 2030s: the FORCE mission2022

    • 著者名/発表者名
      Koji Mori, Takeshi G. Tsuru, Kazuhiro Nakazawa, et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GEO-X (GEOspace X-ray imager)2022

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Ezoe, Ryu Funase, Harunori Nagata, et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Xtend, the soft x-ray imaging telescope for the X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM)2022

    • 著者名/発表者名
      Koji Mori, Hiroshi Tomida, Hiroshi Nakajima, et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of the focal-plane CMOS detector for the GEO-X mission2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Nakajima, Shotaro Nakamura, Koichi Hagino, Ayumi Kiuchi, Takuya Matsumoto, Tohya Yamagami, Tomokage Yoneyama, Junko S. Hiraga, Yuichiro Ezoe, and Kumi Ishikawa
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] X線分光撮像衛星 (XRISM) 搭載軟 X 線撮像装置 (Xtend) の開発の現状 (8)2022

    • 著者名/発表者名
      小林翔悟, 鈴木寛大, 森浩二, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 地球磁気圏 X 線撮像計画 GEO-X 搭載高速 CMOS イメージセンサーのデータ 取得システムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      萩野浩一, 中嶋大, 中村彰太郎, 松本拓也, 米山友景, 平賀純子, 江副祐一郎
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] XRISM 搭載軟X線撮像検出器 SXI のフライト用 CCD 素子の地上較正試験に おける分光性能の評価2022

    • 著者名/発表者名
      宮﨑啓太郎, 寺田裕太, 金丸善朗, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] X 線分光撮像衛星 XRISM 搭載 X 線 CCD の軟 X 線帯域の検出効率の測定2022

    • 著者名/発表者名
      青木大輝, 幸村孝由, 小林翔悟, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] XRISM 搭載軟X線撮像検出器 SXI のイベント検出アルゴリズムのパラメタ 決定2022

    • 著者名/発表者名
      大塚芳徳, 金丸善朗, 宮﨑啓太郎, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] X 線分光撮像衛星 XRISM 搭載 CCD 検出器における Goffset のシミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      青木悠馬,信川久実子,信川正順, 他
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] X線分光撮像衛星XRISM搭載軟X線撮像装置Xtendの開発の状況 (10)2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木寛大, 小林翔悟, 森浩二, 他
    • 学会等名
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Simulation study of pulse height difference between pixel patterns of X-ray CCDs onboard the XRISM satellite2022

    • 著者名/発表者名
      Yuma Aoki, Kumiko K. Nobukawa, Yamato Ito, et al.
    • 学会等名
      10th International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] X線分光撮像衛星 (XRISM) 搭載 軟X線撮像装置 (Xtend) の 開発の現状 (7)2022

    • 著者名/発表者名
      萩野浩一
    • 学会等名
      日本天文学会2022年春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 活動銀河中心からの超高速アウトフローとスペクトル吸収構造の研究2022

    • 著者名/発表者名
      萩野浩一
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] Handbook of X-ray and Gamma-ray Astrophysics (Silicon Strip Detectorsの章を担当)2024

    • 著者名/発表者名
      H. Tajima, K. Hagino
    • 総ページ数
      6007
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9811969590
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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