衝突現場における速度場構造と非平衡プラズマの検出による銀河団形成進化の研究

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15J01845
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 井上 翔太 大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• キーワード: X線天文学 / 銀河団 / 銀河団衝突 / 銀河団進化 / 電離非平衡プラズマ / X線天文衛星

研究実績の概要

本研究は、銀河団衝突により生じた電離非平衡プラズマを初めて観測することで、銀河団進化の様相を定量的に探るということを目的としている。24階電離した鉄と25階電離した鉄からの輝線強度比を測定することで、銀河団プラズマガス中の電離状態を空間的に調べる。今年度は、すざく衛星による銀河団の観測データを用いて、電離非平衡プラズマを探索した。すざく衛星は、他の衛星と比べて、鉄K輝線付近の良質な分光データを取得できるため、本研究に最適であるといえる。この結果、衝突銀河団Abell 754の北西部にある最も高温な領域から非平衡プラズマの兆候が得られた。この電離状態より、非平衡発生からの経過年数は、36 ~ 7600万年と見積られ、衝撃波が通過した直後と考えれば説明できる。実際、この領域の近くに衝撃波の存在を示唆するような温度分布が見られる。以上のことから、Abell 754の北西領域で、衝撃波加熱に起因した電離非平衡プラズマが生じたと結論づけている。衝突銀河団プラズマ中における電離非平衡状態の兆候を、世界で初めて観測的に示した。
以上に加え、今後の銀河団観測のため、すざく衛星の後継機であるASTRO-H衛星の開発を進めた。搭載される4つの検出器のうち、主に軟X線CCDカメラ(SXI)の開発に携わった。SXIは38×38分角の広い視野を撮像・分光でき、本研究のように、衝突銀河団中の電離状態を空間的に調査する上で有用である。打ち上げ後、天体からのX線の情報を正確に知るためには、SXI固有の特性を考慮した、精度のよい応答関数が要求される。そこで、これまで実施した地上較正試験のデータを用いて、SXIの応答関数をモデル化した。この応答関数のデータは、打ち上げ後の観測データを解析する研究者のために全世界へ公開される。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画では、すざく衛星とASTRO-H衛星の観測データをあわせて解析し、衝突銀河団中の電離非平衡プラズマを発見するというシナリオだった。今年度はASTRO-H衛星打ち上げ前だったにも関わらず、すざく衛星のデータのみで電離非平衡プラズマの兆候を発見し、論文投稿/受理までに至っている。当初の計画以上の進展といえる。

今後の研究の推進方策

今年度の研究で、すざく衛星のデータだけでも、衝突銀河団の電離非平衡状態を十分議論できることを実証した。今後もすざく衛星のアーカイブデータを網羅的に解析して、衝突銀河団中の電離状態を系統的に調べる。また、電離状態の違いを空間的に示すことが重要であることもわかったので、視野中に大きく広がった高温の衝突銀河団に着目して、解析する天体を選別する。
ASTRO-H衛星は、2016年2月17日に種子島宇宙センターから打ち上げられた。本観測実施後は、搭載されたSXI、マイクロカロリメータのデータもあわせて解析し、衝突銀河団の非平衡状態に更なる制限をつける。

研究成果

• [雑誌論文] Search for a non-equilibrium plasma in the merging galaxy cluster Abell 754 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Inoue, Kiyoshi Hayashida, Shutaro Ueda, Ryo Nagino, Hiroshi Tsunemi, Katsuji Koyama
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1093/pasj/psw027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling the spectral response for the soft X-ray imager onboard the ASTRO-H satellite (2016)
  • 著者名/発表者名: S.Inoue, K.Hayashida, S.Katada, H.Nakajima, R.Nagino, N.Anabuki, H.Tsunemi, T.G.Tsuru, T.Tanaka, H.Uchida, M.Nobukawa, K.K.Nobukawa, R.Washino, K.Mori, E.Isoda, M.Sakata, T.Kohmura, K.Tamasawa, S.Tanno, Y.Yoshino, T.Konno, S.Ueda, On behalf of ASTRO-H/SXI team
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.03.071
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ASTRO-H搭載軟X線CCDカメラの応答関数の構築(2) (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上翔太, 林田清, 片多修平, 中嶋大, 薙野綾, 穴吹直久, 常深博, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 信川久実子, 鷲野遼作, 信川正順, 森浩二, 磯田依里, 坂田美穂, 幸村孝由, 丹野憧馬, 玉澤晃希, 吉野祐馬, 近野貴博, 上田周太朗, ほかASTRO-H/SXIチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2016年春季年会
  • 発表場所: 首都大学東京・南大沢キャンパス(東京都八王子市)
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] X線天文衛星搭載用軟X線CCDカメラの応答関数の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上翔太, 林田清, 片多修平, 中嶋大, 薙野綾, 穴吹直久, 常深博, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 信川久実子, 鷲野 遼作, 信川正順, 森浩二, 磯田依里, 坂田美穂, 幸村孝由, 丹野憧馬, 玉澤晃希, 吉野祐馬, 近野貴博, 上田周太朗
  • 学会等名: 第16回宇宙科学シンポジウム
  • 発表場所: JAXA宇宙科学研究所(神奈川県相模原市)
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] Modeling the Response Function for Soft X-ray Imager onboard ASTRO-H Satellite (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Inoue, K.Hayashida, S.Katada, H.Nakajima, R.Nagino, N.Anabuki, H.Tsunemi, T.Tsuru, T.Tanaka, H.Uchida, M.Nobukawa, K.Nobukawa, K.Mori, T.Kohmura, S.Tanno, K.Tamasawa, Y.Yoshino, T.Konno, S.Ueda, On behalf of ASTRO-H/SXI team
  • 学会等名: 10th International “Hiroshima” Symposium on the Development and Application of Semiconductor Tracking Detectors
  • 発表場所: International Conference Center, Xi’an, China
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] ASTRO-H搭載軟X線CCDカメラの応答関数の構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上翔太, 林田清, 片多修平, 中嶋大, 薙野綾, 穴吹直久, 常深博, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 信川 正順, 信川久実子, 森浩二, 幸村孝由, 丹野憧馬, 玉澤晃希, 吉野祐馬, 近野貴博, 上田周太朗, ほか ASTRO-H/SXIチーム
  • 学会等名: 日本天文学会2015年秋季年会
  • 発表場所: 甲南大学・岡本キャンパス(兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Search for the Non-Equilibrium Ionization Plasma in Merging Galaxy Clusters with ASTRO-H/SXS (2015)
  • 著者名/発表者名: Shota Inoue, Kiyoshi Hayashida, Ryo Nagino, Hiroshi Tsunemi, Shutaro Ueda, Katsuji Koyama
  • 学会等名: The 6th ASTRO-H Summer School
  • 発表場所: Nara Women's University, Nara, Japan
  • 年月日: 2015-08-27 – 2015-08-29
  • 国際学会
• [学会発表] Search for the Non-Equilibrium Ionization State in Merging Galaxy Clusters (2015)
  • 著者名/発表者名: Shota Inoue, Kiyoshi Hayashida, Ryo Nagino, Hiroshi Tsunemi, Shutaro Ueda, Katsuji Koyama
  • 学会等名: IAU XXIX General Assembly
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii, United States
  • 年月日: 2015-08-02 – 2015-08-14
  • 国際学会
• [学会発表] ASTRO-H Search for the Non-Equilibrium Ionization State in Galaxy Clusters (2015)
  • 著者名/発表者名: Shota Inoue, Kiyoshi Hayashida, Ryo Nagino, Hiroshi Tsunemi, Shutaro Ueda, Katsuji Koyama
  • 学会等名: Spectroscopy of Cosmic Plasma in the Era of ASTRO-H
  • 発表場所: Aoyama Gakuin University (Sagamihara campus), Sagamihara, Kanagawa, Japan
  • 年月日: 2015-05-25 – 2015-05-29
  • 国際学会