ASTRO-H衛星で探る高温ガスのダイナミクスと銀河からのフィードバック

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05300
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 松下 恭子 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (50366423)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: X線天文学 / 銀河 / 銀河団

研究実績の概要

ひとみ衛星により観測されたペルセウス座銀河団中心部のデータの他、すざく衛星やXMM衛星など他のX線天文衛星のデータを解析することにより、銀河団中心部の銀河団ガスに含まれる酸素、マグネシウムのようにほぼ重力崩壊型超新星により合成された元素から鉄、ニッケルなどIa型超新星により合成された元素まで、さまざまな元素の組成比を調べたところ、太陽や太陽と同程度の鉄を含む銀河系の星とほぼ同じ元素組成比であることがわかった。銀河団の主要メンバーである楕円銀河と渦巻銀河である銀河系で同じような質量分布で恒星が形成されたとすると、この結果を自然に説明することができる。
さらに、すざく衛星により観測された10天体以上の銀河団、銀河群について、外縁部までのケイ素、鉄の質量分布の測定を行った。銀河団内のケイ素の質量はケイ素を合成した重力崩壊型超新星の数を反映し、現在の銀河団の銀河の光度は概ね小質量星の数を反映するため、その比も楕円銀河の初期質量関数を反映する。どの銀河団でも誤差の範囲で一致した。また、観測されたケイ素銀河光度比は太陽近傍の恒星の初期質量関数でおおむね説明できることがわかった。
すざく衛星の観測により銀河団の外縁部のエントロピーが上昇しない結果が得られ、議論を読んでいた。銀河団外縁部は現在も成長途上であり、銀河団への銀河群などの降着による衝撃波の加熱により外側ほどエントロピーは上昇すると予想されてきた。銀河団ガスがムラになっているとガス密度を過大評価し、エントロピーを過小評価してしまう可能性が指摘されていた。そこで、XMM衛星により観測された数十の銀河団の外縁部の解析からガス塊候補の探査を行ったが、少なくとも銀河より大きなスケールのガス塊ではエントロピー異常は説明できないことを確認した。

現在までの達成度

3: やや遅れている

理由

研究計画時点ではひとみ衛星のデータの解析を行う予定であったが、ひとみ衛星は打ち上げ後一ヶ月で通信が途絶した。
ひとみチームの総力をあげて、初期データの解析を行い、論文として出版することができたが、当初の予定からはかなり遅れることとなった。

今後の研究の推進方策

ひとみ衛星の計画を挽回するべくXRISM衛星が2022年の打ち上げを目指している。XRISM計画のプロジェクトサイエンティストとして、今年度はXRISM衛星打ち上げ後の性能検証時期の観測天体の選定を行う予定である。
すざく衛星の多数の観測データを最大限に活用すべく、銀河や銀河団を解析してその高温ガスの重元素分布やエントロピー分布から星から銀河団ガスまでバリオンの進化を研究する計画である。

次年度使用額が生じた理由

プロジェクトの会議が海外で行われることが検討されていたので、旅費として計上していたが、結局会議は日本で行われることとなったので、海外出張の予定をキャンセルすることになった。残金は2019年度の海外旅費として使用する予定である。

研究成果

• [国際共同研究] SRON(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: SRON
• [国際共同研究] NASA/Maryland University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: NASA/Maryland University
• [国際共同研究] ケンブリッジ大学(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: ケンブリッジ大学
• [雑誌論文] An X-ray spectroscopic search for dark matter and unidentified line signatures in the Perseus cluster with Hitomi (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura, Takayuki; Fabian, Andrew C.; Gandhi, Poshak; Gu, Liyi; Kamada, Ayuki; Kitayama, Tetsu; Loewenstein, Michael; Maeda, Yoshitomo; Matsushita, Kyoko; McCammon, Dan; Mitsuda, Kazuhisa; Nakashima, Shinya; Porter, Scott; Pinto, Ciro; Sato, Kosuke; Tombesi, Francesco; Yamasaki, Noriko Y.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 ページ: id50
  • DOI: 10.1093/pasj/psz023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on the chemical enrichment history of the Perseus Cluster of galaxies from high-resolution X-ray spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: Simionescu et al. 35名中4番目
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 ページ: 1701-1721
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3220
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5-0.9 (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitomi collaboration 197名中 95番目
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: id38(1-16)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy027
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector (2018)
  • 著者名/発表者名: Hitomi collaboration 117名中94番目
  • 雑誌名: Publication: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 ページ: id113(1-19)
  • DOI: 10.1093/pasj/psy118
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 銀河団外縁部の観測に対する前景放射の影響の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉山剣人, 松下恭子, 小林翔悟 (東京理科大学), 佐藤浩介 (埼玉大学)
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 銀河団外縁部のエントロピーの平坦性に対するガス塊の寄与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上田将暉, 松下恭子, 小林翔悟 (東京理科大学), 佐藤浩介 (埼玉大学)
  • 学会等名: 日本天文学会2019年春季年会
• [学会発表] 近傍銀河団の r500 までの重元素分布 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平井真一, 松下恭子, 小林翔悟 (東京理科大学), 佐藤浩介 (埼玉大学)
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年会