超小型X線衛星を用いた多波長観測による強重力天体の相対論的ジェット形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23KJ1964
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 国内
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 武田 朋志 東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2023-04-25 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2024年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 2023年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 宇宙物理学（実験） / 超小型衛星 / 多波長観測 / ジェット

研究開始時の研究の概要

宇宙ジェットは、ローレンツ因子 10 (光速の 99.5%) にも及ぶ加速されたプラズマガスの噴流であり、 原始星やブラックホール、中性子星、活動銀河核など、宇宙において、重力により物質が落ち込むあらゆるスケールの天体で見られる普遍的な現象である。本研究は、世界初の超小型汎用X線衛星 NinjaSat を、地上の電波・可視光望遠鏡と連携させることで、明るいX線天体の多波長同時観測をこれまでになく長期に実施し、相対論的宇宙ジェットの形成機構を解明することを目的とする。

研究実績の概要

2023年度は、世界初の超小型汎用X線衛星 NinjaSat プロジェクトに引き続き参加し、当初の予定通り、衛星の打ち上げ成功、初期運用、科学観測まで順調にプロジェクトを進めることができた。
(1) NinjaSat の主検出器 GMC の開発は2022年度内に完了し、3月中に衛星全体の組み立てが完了した。その後、バス部を開発する NanoAvionics 社のあるリトアニアに合計約1ヶ月ほど滞在し、衛星全体での性能評価試験を実施して検出器の性能に問題がないことを確認した。帰国後、振動試験、熱真空試験、追加の性能評価試験をリモートで実施し、最終的に衛星は2023年11月11日に SpaceX社の Transporter-9 ミッションで無事打ち上げられた。
(2) 2024年1月22日から我々が開発した検出器の動作確認試験をスタートし、搭載したガスX線検出器 GMC と放射線帯モニター RBM それぞれ2台の軌道上での正常動作を確認した。
(3) X線天文学における標準光源であるかに星雲を観測し、想定通り中性子星の 33.8 ms 周期のパルスの検出に成功した。
(4)2月21日に新たに見つかった降着型ミリ秒パルサー SRGA J144459.2-604207 の追観測を2月23日から開始し、Ⅰ型X線バーストを複数回検出することができたため、即座に国際天文電報 The Astronomer’s Telegram (ATel) に報告した。
(5) 2月24日から27日にかけて、代表的なブラックホール連星はくちょう座 X-1 の可視光宇宙望遠鏡 Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) との同時観測をテスト的に実施した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

NinjaSat は当初の予定通り、衛星の打ち上げ成功、初期運用、科学観測まで順調にプロジェクトを進めることができている。開発したガスX線検出器 GMC と放射線帯モニター RBM は、軌道上でともに正常に動作しており、プロジェクト立ち上げ時から掲げてきた観測目的である(1)可視光・電波など他の望遠鏡との多波長観測、(2) 突発天体の追観測の2つを科学観測開始直後に実現することができた。以上より、概ね順調に計画が進捗していると判断した。

今後の研究の推進方策

科学観測と並行して実施中の検出器較正を引き続き進め、可視光宇宙望遠鏡 Transiting Exoplanet Survey Satellite(TESS)や、地上の望遠鏡との同時観測を実施する。また、科学観測実施直後に長期観測を実施した突発天体 SRGA J144459.2-604207 の観測結果を投稿論文としてまとめる。

研究成果

• [雑誌論文] Gas selection for Xe-based LCP-GEM detectors onboard the CubeSat X-ray observatory NinjaSat (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, T. Tamagawa, T. Enoto, T. Kitaguchi, Y. Kato, T. Mihara, W. Iwakiri, M. Numazawa, Y. Zhou, K. Uchiyama, Y. Yoshida, N. Ota, S. Hayashi, S. Watanabe, A. Jujo, H. Sato, C.P. Hu, H. Takahashi, H. Odaka, T. Tamba and K. Taniguchi
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 18 号: 06 ページ: C06020-C06020
  • DOI: 10.1088/1748-0221/18/06/c06020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Development of Gas Multiplier Counters (GMCs) onboard the 6U CubeSat X-ray Observatory NinjaSat (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, T. Tamagawa, T. Enoto, T. Kitaguchi, Y. Kato, T. Mihara, W. Iwakiri, M. Numazawa, Y. Zhou, K. Uchiyama, Y. Yoshida, N. Ota, S. Hayashi, S. Watanabe, A. Jujo, Amira Aoyama, H. Sato, C.P. Hu, H. Takahashi, H. Odaka, T. Tamba and K. Taniguchi
  • 雑誌名: Conference Proceeding (37th Annual Small Satellite Conference) 巻: -
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] NinjaSat: Initial Operation Results of the First Japanese 6U CubeSat for X-ray Bright X-ray Sources (2024)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, T. Tamagawa, T. Enoto, T. Kitaguchi, Y. Kato, T. Mihara, W. Iwakiri, M. Numazawa, Y. Zhou, K. Uchiyama, Y. Yoshida, N. Ota, S. Hayashi, S. Watanabe, A. Jujo, Amira Aoyama, Satoko Iwata, H. Sato, C.P. Hu, H. Takahashi, H. Odaka, T. Tamba and K. Taniguchi
  • 学会等名: 38th Annual Small Satellite Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Gas Multiplier Counters (GMCs) onboard the 6U CubeSat X-ray Observatory NinjaSa (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Takeda, T. Tamagawa, T. Enoto, T. Kitaguchi, Y. Kato, T. Mihara, W. Iwakiri, M. Numazawa, Y. Zhou, K. Uchiyama, Y. Yoshida, N. Ota, S. Hayashi, S. Watanabe, A. Jujo, Amira Aoyama, H. Sato, C.P. Hu, H. Takahashi, H. Odaka, T. Tamba and K. Taniguchi
  • 学会等名: 37th Annual Small Satellite Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 超小型X線衛星NinjaSatの打ち上げ成功と初期観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 朋志, 玉川 徹, 榎戸 輝揚, 北口 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘, 岩切 渉, 沼澤 正樹, 大田 尚享, 重城 新大, 渡部 蒼汰, 青山 有未来, 岩田 智子, 周 圓輝, 内山 慶祐, 吉田 勇登, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, Chin-Ping Hu, 高橋 弘充, 小高 裕和, 丹波 翼, 谷口 絢太郎
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春期大会
• [学会発表] 超小型X線衛星NinjaSatに搭載するGEMX線検出器のモンテカルロシミュレータの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 朋志, 玉川 徹, 榎戸 輝揚, 北口 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘, 岩切 渉, 沼澤 正樹, 大田 尚享, 重城 新大, 渡部 蒼汰, 青山 有未来, 岩田 智子, 周 圓輝, 内山 慶祐, 吉田 勇登, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, Chin-Ping Hu, 高橋 弘充, 小高 裕和, 丹波 翼, 谷口 絢太郎
  • 学会等名: MPGD & Active媒質TPC合同研究会
• [学会発表] 超小型X線衛星NinjaSat搭載の打ち上げ前衛星統合試験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 朋志, 玉川 徹, 榎戸 輝揚, 北口 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘, 岩切 渉, 沼澤 正樹, 大田 尚享, 重城 新大, 渡部 蒼汰, 青山 有未来, 岩田 智子, 周 圓輝, 内山 慶祐, 吉田 勇登, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, Chin-Ping Hu, 高橋 弘充, 小高 裕和, 丹波 翼, 谷口 絢太郎
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 柔軟な連携観測を可能に超小型X線衛星NinjaSat (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 朋志, 玉川 徹, 榎戸 輝揚, 北口 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘, 岩切 渉, 沼澤 正樹, 大田 尚享, 重城 新大, 渡部 蒼汰, 青山 有未来, 岩田 智子, 周 圓輝, 内山 慶祐, 吉田 勇登, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, Chin-Ping Hu, 高橋 弘充, 小高 裕和, 丹波 翼, 谷口 絢太郎
  • 学会等名: 日本天文学会2023年秋期年会
• [学会発表] 超小型X線衛星NinjaSat: 打ち上げ成功と初期観測 (2023)
  • 著者名/発表者名: 武田 朋志, 玉川 徹, 榎戸 輝揚, 北口 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘, 岩切 渉, 沼澤 正樹, 大田 尚享, 重城 新大, 渡部 蒼汰, 青山 有未来, 岩田 智子, 周 圓輝, 内山 慶祐, 吉田 勇登, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, Chin-Ping Hu, 高橋 弘充, 小高 裕和, 丹波 翼, 谷口 絢太郎
  • 学会等名: 第23回高宇連研究会+博士論文発表会