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

2019 年度 実績報告書

• 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 / 銀河団 / 構造形成 / 化学進化

研究実績の概要

銀河団は宇宙最大の自己重力系であり、暗黒物質の重力によりバリオンである大量の高温の銀河団ガスが集まっており、バリオンの実験室とも言える。銀河団の成長には宇宙年齢に匹敵する時間がかかるため、銀河団外縁部は宇宙の構造形成を研究するのに最適である。また銀河から放出されたエネルギー重元素により銀河団ガスは様々な影響を受けるため、銀河団ガスからのX線放射の観測は、かつての銀河の進化をも反映する。すざく衛星の低いバックグラウンドにより銀河団の外縁部の観測が可能になった。この結果報告された銀河団での宇宙のバリオン比より高いバリオン比と理論予想より低いエントロピーは銀河団外縁部のガスに密度むらがあるためという解釈が行われている。一方、プランク衛星などにより、銀河団ガスによる逆コンプトン効果の観測も可能となり、密度の二乗に比例する放射であるX線と圧力に比例する逆コンプトン効果の観測は相補的である。
今年度は微弱な銀河団ガスからの検出のために、すざく衛星により観測された多数の領域のデータを解析することにより、まずは銀河系の前景放射の詳細な研究を行った。1000万度程度の温度の未知の放射が銀河団以外の様々な領域から放射されていることがわかった。この放射は銀河団外縁部から観測される放射の温度や輝度と近く、銀河団ガスの温度や密度の測定への影響が大きい。すざく衛星により中規模な銀河団や銀河群の観測データを解析したところ、この放射を考慮すると、逆コンプトン放射の観測から得られた圧力分布とすざく衛星による圧力分布が一致することがわかった。また、銀河団全体のバリオンと重力質量の比は宇宙のバリオン比とよく一致することがわかった。また空間分解能の高いXMM衛星のデータを解析したところ、ガスの密度むらは存在しないことがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Element Stratification in the Middle-Aged Type Ia Supernova Remnant G344.7-0.1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukushima, K., Yamaguchi, H., Slane, P.O., Park, S., Katsuda, S., Sano, H., Lopez, L.A., Plucinsky, P.P., Kobayashi, S.B., and Matsushita,F
  • 雑誌名: Accepted for publication in Astrophysical Journal 巻: 未定 ページ: 未定
  • 査読あり / 国際共著
• [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] Unveiling the Galaxy Cluster - Cosmic Web Connection with X-ray observations in the Next Decade (2019)
  • 著者名/発表者名: Walker, Stephen; Nagai, Daisuke; Simionescu, A.; Markevitch, M.; Akamatsu, H.; Arnaud, M.; Avestruz, C.; Bautz, M.; Biffi, V.; Borgani, S.; Bulbul, E.; Churazov, E.; Dolag, K.; Eckert, D.; Ettori, S.; Fujita, Y.; Gaspari, M.; Ghirardini, V.; Kraft, R.; Lau, E. T. Mantz, A.; Matsushita, K.;
  • 雑誌名: Astro2020: Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics, science white papers,no. 218; Bulletin of the American Astronomical Society, 巻: 51 ページ: id218
  • 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 III (2020)
  • 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2020年春季年会
• [学会発表] A2199 銀河団の外縁部に存在するガス塊の探査 (2020)
  • 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2020年春季年会
• [学会発表] XRISM (2019)
  • 著者名/発表者名: Kyoko Matsushita
  • 学会等名: XMM-NEWTON 2019 SCIENCE WORKSHOP
  • 国際学会 / 招待講演
• [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 II (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年秋季年会
• [学会発表] 銀河団外縁部に存在するガス塊の探査 (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年秋季年会