重力波天体からのＸ線・γ線放射の探索

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
• 研究課題/領域番号: 24103002
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 河合 誠之 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (80195031)
• 研究分担者: 三原 建弘 国立研究開発法人理化学研究所, MAXIチーム, 専任研究員 (20260200) ; 冨田 洋 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 主任開発員 (30399547) ; 谷津 陽一 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (40447545) ; 坂本 貴紀 青山学院大学, 理工学部, 助教 (00645161)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 宇宙物理 / Ｘ線天文学 / 重力波 / ガンマ線バースト / Ｘ線検出器

研究実績の概要

宇宙における重力波発生の物理的過程や発生源となる天体の起源を明らかにするため以下の研究を実施した。
(1) 突発的な重力波のＸ線対応天体を検出するための大立体角Ｘ線監視装置 WF-MAX の開発：軟Ｘ線カメラ大立体角カメラSLCの設計の検討を進めた。符号化マスクの試作としてタングステン素材に対しレーザー加工したところ、表面にできた細粒が可視光遮光膜を傷つける可能性があることが分かった。硬Ｘ線モニター(HXM)に対しては、前年度製造した第一版信号処理用ASICの評価を実施し、波形整形を改良した第２版の設計を実施した。一方、前年度２月にJAXA宇宙研の小規模プロジェクトに提案したWF-MAXIミッション提案は経費が高すぎるため理学委員会の審査において不採択となった。その結果を踏まえ、WF-MAXIプロジェクトの大幅な見直しを実施した。結果として視野や観測エネルギー帯域で妥協はあるものの、国際宇宙ステーション共用バスiSEEPを用いた小型・軽量化・低予算(従来の約1/5の7億円程度)案の実現見通しを得て、平成26年度末の小規模ミッションに再び応募した。
(2) 短いガンマ線バースト、超新星爆発など重力波源と想定される天体現象の観測的研究：MAXIによる全天監視を継続し、様々な突発Ｘ線天体の監視を行い、検知した場合はAstronomer’s Telegram, GCN Circular等へ報告した。MAXIの発見した新天体の報告、これまでのMAXIによるガンマ線バーストの観測をとりまとめたGRBカタログ論文などを出版した。さらに、2015年8月打ち上げの高エネルギー宇宙線、ガンマ線観測プロジェクトCALET の地上較正試験などを行い、フライト品の性能確認、およびエネルギー応答関数構築に必要な基礎データの取得を行った。

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

重力波のＸ線対応天体検出を目的とする大立体角Ｘ線監視装置 WF-MAXIの開発においては、前年度末のJAXA宇宙研への小規模プロジェクト提案が、開発経費が大きすぎることが主たる原因で不採択となったが、プロジェクトの大幅な見直しを実施した結果、性能において妥協はあるものの国際宇宙ステーション上でiSEEPを用いた小型・軽量化が実現可能な案を得て、平成26年度末の小規模ミッションに応募することができた。ミッション実施に向けた基礎開発という目的に沿って、本研究を進めることができた。一方、重力波源と想定される天体現象の観測的研究においては、宇宙ステーションに搭載したMAXIによるＸ線全天監視観測を、ほぼ前年同様の感度・効率で継続実施し、ガンマ線バーストやＸ線連星の出現を順調に全世界に向けて報告したほか、MAXIによる観測データに基づく学術論文の出版という成果も挙げることができた。

今後の研究の推進方策

重力波のＸ線対応天体検出を目的とする大立体角Ｘ線監視装置 WF-MAXIの開発においては、iSEEPを用いて小型・軽量化したミッション案の具体的な設計を進める。まず、当初の設計案の機械式冷凍機によるCCD冷却をベースラインとするが、機械式冷凍機に代わって放射冷却と電子冷却を組み合わせる方式によって一層の開発費用と消費電力の低減を検討する。また共用バスを用いているためにセンサーの冷却は専用バスよりも効率が悪いため、より詳細な熱モデルによる熱設計の検討を進める。CCDの動作温度も-100℃がベースラインとなっているが、試作ＣＣＤに対して放射線照射試験を実施して放射線劣化による暗電流の増加を計測し、科学目標を損なわない動作温度範囲をより正確に求める。日照時に高温になりやすい符号化マスクの光学処理もすすめる。一方、HXMについても特性の計測を進める。コスト低減のためiSEEPに搭載するのが困難とはなったが、超小型衛星や他ミッションへの搭載などの可能性を探る。
重力波源天体の観測的研究においては、MAXI等による関連天体の監視は今までどおり継続する。一方、2015年から始まるLIGO-Virgoの観測運転においては、LIGO-Virgoチームとの覚書に基づきMAXIによる重力波のＸ線対応天体探索を実施する。

研究成果

• [国際共同研究] カリフォルニア工科大学/MIT/シラキュース大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: カリフォルニア工科大学/MIT/シラキュース大学
  • 他の機関数: 41
• [国際共同研究] MPIアインシュタイン研究所ハノーファー/MPIアインシュタイン研究所ポツダム/ライプニッツ大学ハノーファー(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: MPIアインシュタイン研究所ハノーファー/MPIアインシュタイン研究所ポツダム/ライプニッツ大学ハノーファー
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] グラスゴー大学/バーミンガム大学/カーディフ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: グラスゴー大学/バーミンガム大学/カーディフ大学
  • 他の機関数: 7
• [国際共同研究] サニオ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: サニオ大学
• [国際共同研究] ウェスタン・オールトラリア大学/オーストラリア国立大学/モナッシュ大学(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: ウェスタン・オールトラリア大学/オーストラリア国立大学/モナッシュ大学
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 10
• [雑誌論文] Soft X-Ray Extended Emissions of Short Gamma-Ray Bursts as Electromagnetic Counterparts of Compact Binary Mergers: Possible Origin and Detectability (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Takashi; Kashiyama, Kazumi; Nakauchi, Daisuke; Suwa, Yudai; Sakamoto, Takanori; Kawai, Nobuyuki
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 796 ページ: 13-23
  • DOI: 10.1088/0004-637X/796/1/13
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI observations of gamma-ray bursts (2014)
  • 著者名/発表者名: Serino, Motoko; Sakamoto, Takanori; Kawai, Nobuyuki; Yoshida, Atsumasa; Ohno, Masanori; Ogawa, Yuji; Nishimura, Yasunori; Fukushima, Kosuke; Higa, Masaya, et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 87(1-14)
  • DOI: 10.1093/pasj/psu063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The `amplitude' parameter of gamma-ray bursts and its implications for GRB classification (2014)
  • 著者名/発表者名: Lu, Hou-Jun; Zhang, Bing; Liang, En-Wei; Zhang, Bin-Bin; Sakamoto, Takanori
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 442 ページ: 1922-1929
  • DOI: 2014MNRAS.442.1922L
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing intergalactic neutral hydrogen by the Lyman alpha red damping wing of gamma-ray burst 130606A afterglow spectrum at z = 5.913 (2014)
  • 著者名/発表者名: Totani, Tomonori; Aoki, Kentaro; Hattori, Takashi; Kosugi, George; Niino, Yuu; Hashimoto, Tetsuya; Kawai, Nobuyuki; Ohta, Kouji; Sakamoto, Takanori; Yamada, Toru
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 63-76
  • DOI: 10.1093/pasj/psu032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Probing the Cosmic Gamma-Ray Burst Rate with Trigger Simulations of the Swift Burst Alert Telescope (2014)
  • 著者名/発表者名: Lien, Amy; Sakamoto, Takanori; Gehrels, Neil; Palmer, David M.; Barthelmy, Scott D.; Graziani, Carlo; Cannizzo, John K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 783 ページ: 24-46
  • DOI: 10.1088/0004-637X/783/1/24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 書評「宇宙最大の爆発天体 ガンマ線バースト」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 坂本 貴紀
  • 雑誌名: 天文月報 巻: 107巻10号 ページ: 569
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A new X-ray nova MAXI J1910-057 (= Swift J1910.2-0546) and mass-accretion inflow (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakahira, Satoshi; Negoro, Hitoshi; Shidatsu, Megumi; Ueda, Yoshihiro;Mihara, Tatehiro;Sugizaki, Mutsumi; Matsuoka, Masaru; Onodera, Takuya
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 84(1-12)
  • DOI: 10.1093/pasj/psu060
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sudden End of X-Ray Outbursts around Periastron of Circinus X-1 Observed with MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Asai, Kazumi; Mihara, Tatehiro; Matsuoka, Masaru; Sugizaki, Mutsumi; Nakahira, Satoshi; Negoro, Hitoshi; Nakajima, Motoki; Okazaki, Atsuo T.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 79(1-13)
  • DOI: 10.1093/pasj/psu054
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Precursors and outbursts of A 0535+26 in 2009-2011 observed by the MAXI/GSC and the Swift/BAT (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, Motoki; Mihara, Tatehiro, Sugizaki, Mutsumi; Serino, Motoko; Matsuoka, Masaru; Kawai, Nobuyuki; Makishima, Kazuo
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 9(1-9)
  • DOI: 10.1093/pasj/pst002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Power Spectrum Density of long-term MAXI data (2014)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, Juri; Mihara, Tatehiro; Sugizaki, Mutsumi; Serino, Motoko; Kitamoto, Shunji; Sato, Ryousuke; Ueda, Yoshihiro; Ueno, Shiro
  • 雑誌名: JPSCP 巻: 1 ページ: 3104-3107
  • DOI: http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.1.013104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Firm Detection of a Cyclotron Resonance Feature with Suzaku in the X-ray Spectrum of GRO J1008-57 during a Giant Outburst in 2012 (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Yamamoto, Tatehiro Mihara, Mutsumi Sugizaki, Motoki Nakajima, Kazuo Makishima, Makoto Sasano
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 59(1-10)
  • DOI: 10.1093/pasj/psu028
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Broad-band spectroscopy of Hercules X-1 with Suzaku (2014)
  • 著者名/発表者名: Fumi Asami, Teruaki Enoto, Wataru Iwakiri, Shin’ya Yamada, Toru Tamagawa, Tatehiro Mihara and Fumiaki Nagase
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 44(1-15)
  • DOI: 10.1093/pasj/psu005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MAXI: all-sky observation from the International Space Station (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara, Mutsumi Sugizaki, Masaru Matsuoka, Hiroshi Tomida, Shiro Ueno, Hitoshi Negoro, Atsumasa Yoshida, Hiroshi Tsunemi, Motoki Nakajima, Yoshihiro Ueda, Makoto Yamauchi
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9144 ページ: 1O (1-6)
  • DOI: 10.1117/12.2055792
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of soft x-ray large solid angle camera onboard WF-MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Masashi Kimura ; Hiroshi Tomida ; Shiro Ueno ; Nobuyuki Kawai ; Yoichi Yatsu ; Makoto Arimoto ; Tatehiro Mihara ; Motoko Serino ; Hiroshi Tsunemi ; Atsumasa Yoshida ; Takanori Sakamoto ; Takayoshi Kohmura ; Hitoshi Negoro
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9144 ページ: 60(1-6)
  • DOI: 10.1117/12.2055610
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the hard x-ray monitor onboard WF-MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Makoto Arimoto ; Yoichi Yatsu ; Nobuyuki Kawai ; Hirokazu Ikeda ; Atsushi Harayama ; Shin'ichiro Takeda ; Tadayuki Takahashi ; Hiroshi Tomida ; Shiro Ueno ; Masashi Kimura ; Tatehiro Mihara ; Motoko Serino ; Hiroshi Tsunemi ; Atsumasa Yoshida ; Takanori Sakamoto ; Tadayoshi Kohmura ; Hitoshi Negoro ; Yoshihiro Ueda
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9144 ページ: 5Z(1-10)
  • DOI: 10.1117/12.2054942
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Wide-field MAXI: soft x-ray transient monitor on the ISS (2014)
  • 著者名/発表者名: Kawai, Nobuyuki; Tomida, Hiroshi; Yatsu, Yoichi; Mihara, Tatehiro; Ueno, Shiro; Kimura, Masashi; Arimoto, Makoto; Serino, Motoko; Sakamoto, Takanori; Tsunemi, Hiroshi; Kohmura, Takayoshi; Negoro, Hitoshi; Ueda, Yoshihiro; Morii, Mikio; Tsuboi, Yoko; Ebisawa, Ken; Yoshida, Atsumasa
  • 雑誌名: SPIE 巻: 9144 ページ: 2P(1-9)
  • DOI: 10.1117/12.2057188
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Cyclotron lines at high energies in GRO J1008-57 and GX 304-1 with MAXI-Suzaku collaboration (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara, Takayuki Yamamoto, Mutsumi Sugizaki, Motoki Nakajima, Kazuo Makishima, Makoto Sasano, Kazutaka Yamaoka and Mokio Morii
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 91-94
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-term Variability of LMXB and Cir X-1 with MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazumi Asai, Tatehiro Mihara, Masaru Matsuoka, Mutsumi Sugizaki, Motoko Serino, Satoshi Nakahira, Hitoshi Negoro and Motoki Nakajima
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 87-90
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] A MAXI monitoring of long-term X-ray variability in Seyfert galaxies (2014)
  • 著者名/発表者名: Shiro Ueno, Ryosuke Sato, Yoshihiro Ueda, Kazuo Hiroi, Masaaki Hayashida, Megumi Shidatsu, Taiki Kawamuro, Naoki Isobe, Tatehiro Mihara, Juri Sugimoto, Nobuyuki Kawai and the MAXI team
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 353-355
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of Short-term Spectral Softening in the Low/Hard State of the Galactic Black Hole Swift J1753.5-0127 with MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Akifumi Yoshikawa, Shin'ya Yamada, Satoshi Nakahira, Masaru Matsuoka, Hitoshi Negoro, Tatehiro Mihara and Toru Tamagawa
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 262-263
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of the spin-up/down theory to the low-mass X-ray binary pulsar 4U 1626－67 observed by MAXI/GSC (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Takagi, Tatehiro Mihara, Mikio Morii, Mutsumi Sugizaki and the MAXI team
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 234-235
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Luminosity and Spin-up Evolution of GX 304－1 during Outbursts from 2009 to 2012 observed by MAXI/GSC, RXTE/PCA, and Fermi/GBM (2014)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Sugizaki, Takayuki Yamamoto, Tatehiro Mihara and Motoki Nakajima
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 226-227
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Power spectrum of Cygnus X-1 in the high/soft state with MAXI data (2014)
  • 著者名/発表者名: Juri Sugimoto, Tatehiro Mihara, Masaru Matsuoka, Mutsumi Sugizaki, Hitoshi Negoro, Shunji Kitamoto, and Satoshi Nakahira
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 222-223
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Accretion Disk and Peculiar Ionized Absorber of the 9.7-hour Dipping Black Hole Binary MAXI J1305－704 (2014)
  • 著者名/発表者名: Megumi Shidatsu, Yoshihiro Ueda, Satoshi Nakahira, Chris Done, Kumiko Morihana, Tatehiro Mihara, Takafumi Hori, Hitoshi Negoro, Nobuyuki Kawai, Kazutaka Yamaoka, Ken Ebisawa and the MAXI team
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 216-217
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Hyper-Soft X-ray (Quenched radio) state of Cyg X-3 observed with MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaru Matsuoka, Arisa Ishikawa, Tatehiro Mihara, Mutsumi Sugizaki, Taro Kotami, Masato Tsuboi, Satoshi Nakahira, Shunji Kitamoto and MAXI team
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 178-179
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of the Hard X-ray Monitor onboard WF-MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Makoto Arimoto, Yoichi Yatsu, Nobuyuki Kawai, Hiroshi Tomida, Shiro Ueno, Masashi Kimura, Tatehiro Mihara, Motoko Serino, Hiroshi Tsunemi, Atsumasa Yoshida, Takanori Sakamoti, Takayoshi Kohmura, Hitoshi Negoro, Yoshihiro Ueda and WF-MAXI team
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 142-143
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of an X-ray flash from a nova explosion on MAXI J0158－744 and search for X-ray flashes for other novae (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikio Morii, Tatehiro Mihara, Hitoshi Yamaoka, Jun Shimanoe, Hiroshi Tomida, Nobuyuki Kawai and Masaru Matsuoka
  • 雑誌名: proc. Suzaku-MAXI2014 巻: 1 ページ: 110-113
  • オープンアクセス
• [学会発表] MAXIによるはくちょう座X-1のHard状態、Soft状態の長期変動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三原建弘，杉本樹梨，北本俊二，松岡勝，杉崎睦，根来均，中平聡志
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-24
• [学会発表] MAXIで探るVela X-1のＸ線スペクトルの軌道位相変化と周辺物質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三原建弘、Malacaria Christian、松岡勝、杉崎睦
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-19
• [学会発表] Broadband Transient Monitor using the Swift/BAT and MAXI/GSC data (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Sakamoto
  • 学会等名: Swift: 10 years of Discovery
  • 発表場所: Roma, Italy
  • 年月日: 2014-12-02 – 2014-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Prompt Emission Properties of Swift GRBs (2014)
  • 著者名/発表者名: Takanori Sakamoto
  • 学会等名: Ioffe Workshop on GRBs and other transient sources
  • 発表場所: St. Petersburg, Rossia
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Cyg X-3 の電波クエンチ状態時の X 線スペクトル (2014)
  • 著者名/発表者名: 三原建弘、松岡勝、杉崎睦、中島基樹、中平聡志、北本俊二、 小谷太郎
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-11
• [学会発表] LATEST RESULTS OF MAXI MISSION (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara
  • 学会等名: Asian Pacific Regional IAU Meeting (APRIM) 2014
  • 発表場所: Daejeon, Korea
  • 年月日: 2014-08-18 – 2014-08-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Monitoring the Galaxy - Highlights from the MAXI mission (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara
  • 学会等名: 40th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Wide-Field MAXI - Wide-Field Soft X-ray Transient Monitor on the ISS (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Kawai
  • 学会等名: 40th COSPAR Scientific Assembly
  • 発表場所: Moscow, Russia
  • 年月日: 2014-08-02 – 2014-08-10
  • 国際学会
• [学会発表] Transient Be X-ray binary pulsars with MAXI (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara
  • 学会等名: Be X-ray Binary 2014
  • 発表場所: Valencia, Spain
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] MAXI: All-sky observation from the International Space Station (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatehiro Mihara
  • 学会等名: SPIE 2014
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-24
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-field MAXI: soft x-ray transient monitor on the ISS (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Kawai
  • 学会等名: Space Telescopes and Instrumentation 2014: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 発表場所: Motreal, Canada
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-27
  • 国際学会