精密ラインＸ線観測による宇宙の大規模ガス運動の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H03642
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 石崎 欣尚 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (10285091)
• 研究分担者: 田代 信 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (00251398) ; 辻本 匡弘 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, 助教 (10528178)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: X線天文学 / 極低温検出器 / 宇宙物理

研究実績の概要

2016年2月に日本が打ち上げた国際X線天文衛星「ひとみ」(ASTRO-H) は、50 mK という極低温で動作するマイク
ロカロリメータ SXS (Soft X-ray Spectrometer) により、世界で初めて軌道上でペルセウス座銀河団などの精
密X線分光観測が行われた。内之浦宇宙センターからの初期運用、およびその後の宇宙科学研究所からのSXSの立ち上げにおいて研究代表者および分担者は主要な役割を果たし、2016年2月末にはゲートバルブ越しではあるものの、ペルセウス銀河団からのX線の観測に成功している。「ひとみ」は、軌道上で異常が発生して2016年3月末に通信が途絶し、4月末に復旧を断念したが、その後、「ひとみ」が垣間見せたX線精密分光のサイエンスの早急な回復をめざし、日米で代替機の構想が急速に立ち上がり、2017年度中にプロジェク化される見込みである。PSPの軌道上性能、および明るい天体に対する処理性能については、2017年7月の国際学会 SPIE で発表をおこない、論文としてまとめられた。

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

ASTRO-H衛星 (2016年2月打ち上げ後に「ひとみ」と命名) は、軌道上における障害により2016年3月末に通信を途絶し、4月末に運用を断念した。しかし、一部の初期観測データ、特にペルセウス座銀河団の観測が、ガスの乱流速度、バルクな運動速度、希少元素も含めた重元素組成、衝突電離プラズマの計算機コードとの比較、共鳴散乱、銀河団中心に存在する活動銀河核からの鉄蛍光輝線幅の測定、など高精度X線分光の未来を垣間見せるものであることがわかった。また、かに星雲および Crab pulsar の観測により、PSP の処理能力を超えるような明るさ (> 250 c/s/array) の天体においても、科学的に有効な観測を行うことができることを実証し、パルス周期 33 ms で重ね合わせたパルス波形より、絶対時刻精度についても検証を行うことができた。これらの結果の一部は、Nature 論文、SPIE 論文としてまとめられた。それ以外の成果についても、Hitomi Collaboration として論文にする作業が進行している。

今後の研究の推進方策

「ひとみ」は、軌道上で異常が発生して2016年3月末に通信が途絶し、4月末に復旧を断念したが、その後、「ひとみ」が垣間見せたX線精密分光のサイエンスの早急な回復をめざし、日米で代替機の構想が急速に立ち上がり、2017年度中にプロジェク化される見込みである。研究項目ごとの計画は以下の通りである。
1. 波形処理ソフトの開発およびSXS 処理系の試験：衛星上のSXSの性能、軌道上較正の結果、とくに他の機器からの干渉によるエネルギー分解能への影響、ピクセルごとのエネルギー分解能とエネルギースケール、かに星雲の観測データを用いた時刻づけ、アンチコ検出器を用いたバックグラウンド除去などを論文にまとめる。合わせて、代替機における SXS、および波形処理ソフトの改善点などをまとめる。
2. 初期観測データの解析：衛星がトラブルを起こす前に観測された天体がいくつかあり、これらの解析結果を論文にまとめる。

研究成果

• [雑誌論文] Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 837, Issue 1 ページ: L15, 9 pp.
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa61fa
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In-flight performance of pulse processing system of the ASTRO-H soft x-ray spectrometer (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishisaki, Y; Yamada, S; Seta, H; Tashiro, M.S.; Takeda, S; Terada, Y; K, Yuka; Tsujimoto, M; Koyama, S; MItsuda, K.; Sawada, M.; Boyce, K.R.; Chiao, M.P.; Watanabe, T.; Leutenegger, M.A.; Eckart, M. E.; Porter, F. Scott; Kilbourne, C.A.; Kelley, R.L.
  • 雑誌名: Proceedings of the SPIE 巻: 9905 ページ: 11 pp.
  • DOI: 10.1117/12.2234222
  • 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster (2016)
  • 著者名/発表者名: Hitomi Collaboration
  • 雑誌名: 10.1038/nature18627 巻: 535, Issue 7610 ページ: pp. 117-121
  • DOI: 10.1038/nature18627
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 「ひとみ (ASTRO-H)」搭載 SXS の波形処理装置の軌道上性能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 石崎欣尚、ほか SXS チーム
  • 学会等名: 日本天文学会 2016 年秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学城北キャンパス
  • 年月日: 2016-09-14 – 2016-09-16
• [学会発表] In-flight performance of pulse processing system of the ASTRO-H soft x-ray spectrometer (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishisaki, Y; Yamada, S; Seta, H; Tashiro, M.S.; Takeda, S; Terada, Y; K, Yuka; Tsujimoto, M; Koyama, S; MItsuda, K.; Sawada, M.; Boyce, K.R.; Chiao, M.P.; Watanabe, T.; Leutenegger, M.A.; Eckart, M. E.; Porter, F. Scott; Kilbourne, C.A.; Kelley, R.L.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation
  • 発表場所: Edinburgh, Scotland, United Kingdom
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-07-01
  • 国際学会