高精度X線分光を用いたプラズマ診断から探る銀河団ガスのダイナミクス

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K05393
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 佐藤 浩介 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (50453840)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 銀河団 / マイクロカロリメータ / 将来衛星計画

研究実績の概要

銀河団の観測的研究としては、近傍のAbell2199銀河団やAbell 2147銀河団について、X線、可視光、電波を用いた多波長解析を行い、国内外の共同研究者とともに研究を進め、論文にまとめている。また、解析の過程で問題となったX線点源の取り扱いや銀河団の構成メンバー銀河との関連なども詳細に調べ学会等で報告を行った。同時に我々の銀河系内起源のフォアグラウンドを過去のX線衛星の観測データを詳細に解析し、太陽活動などとの関連性なども明らかにし学会等での報告を行った。一方で、これまで日本のX線天文衛星「すざく」のデータの中であまり扱われなかった地球からのX線の反射成分に初めて着目し、太陽からのX線データの解析をおこない、投稿論文として報告した。
実験的研究としては、誘電体カロリメータ技術と同様の技術を用いるマイクロ波を用いたカロリメータ読み出しシステムの構築について、JAXAや首都大学東京、産業技術総合研究所と協力して開発を行っている。また、将来の広視野高エネルギーX線分光衛星には欠かせないカロリメータを正常に駆動するためには、電磁ノイズの削減が欠かせない。特に衛星計画では重量やジオメトリなどに大きな制限を受けるが、我々は十分に電磁ノイズを抑えつつ、入射するX線を遮らない超伝導メッシュ入射窓の検討を電磁界シミュレータを用いて開始した。シミュレーション上では、十分な性能を検証することができ、実際の試作につなげる大きな知己を得た。
一方で、銀河団やその周りを繋ぐような大規模構造を観測するための将来衛星計画を立ち上げ、国内外の研究者とともにJAXA宇宙科学研究所のリサーチグループに提案し、グループ設立を受理された。これまでの我々の観測的、実験的経験をもとに立ち上げており、検出器は我々が開発しているカロリメータ技術を結集して実現することを考えている。

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

観測的研究は、銀河団の多波長解析を国内外の研究者とともに行うことにより、可視光の最新のデータ解析なども含めて多様な理解が進み、銀河団の力学的進化の理解が大きく進んだ。大量の解析を統一的に理解するためのデータ解析に時間がかかってはいるものの、近日中に論文は投稿できる見込みである。
実験的研究では、従来の研究計画に加え新型超伝導シールドを用いた電磁ノイズ遮蔽システムについて電磁界シミュレーションも行うことでカロリメータ性能の向上の知見が得られた。

今後の研究の推進方策

我々の観測的研究をもとに、銀河団および銀河団をもとりまく宇宙の大規模構造への高温プラズマの理解が進んだ。これらの定量的な観測は未だ行われておらず、宇宙の大規模構造に付随するガスをふくめて温度数百万度で宇宙全体に広がる「バリオン」の観測的理解は宇宙物理学に残された大きな課題の一つである。我々は、この問題を解決するために、将来衛星計画を立ち上げ、JAXA/宇宙科学研究所にリサーチグループの設置を申請し、受理された。これらバリオンの定量化のためには赤方偏移した酸素等の輝線を指標とするが、その弁別のためには我々が実験的研究として開発しているカロリメータシステムが不可欠である。我々は、さらなるカロリメータ開発をすすめるとともに、衛星計画自体を遂行していくことを考えている。

次年度使用額が生じた理由

観測的研究において、観測データの解析に時間を要しており、論文にまとめるのに時間がかかっていることが挙げられる。特にデータのやり取りや議論などに時間がかかっており、計算機などの周辺機器の導入と論文投稿料に残額を使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Inverse First Ionization Potential Effects in Giant Solar Flares Found from Earth X-Ray Albedo with Suzaku/XIS (2020)
  • 著者名/発表者名: Katsuda S、Ohno M.、Mori K.、Beppu T.、Kanemaru Y.、Tashiro M. S.、Terada Y.、Sato K.、Morita K.、Sagara H.、Ogawa F.、Takahashi H.、Murakami H.、Nobukawa M.、Tsunemi H.、Hayashida K.、Matsumoto H.、Noda H.、Nakajima H.、Ezoe Y.、Tsuboi Y.、Maeda Y.、Yokoyama T.、Narukage N.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 891 ページ: 126～126
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7207
  • 査読あり
• [学会発表] ダークバリオン探査ミッションSuper DIOSの開発へ向けた検討V (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩介、内田悠介、大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎、山田真也、山崎典子、中 島裕貴、満田和久、石田学、前田良知、三石郁之、田原譲、藤本龍一、鶴剛、太田直美、大里健、中島真也、藤田裕、永井大輔、吉川耕司、河合誠之、松下恭子、一戸悠人
  • 学会等名: 日本天文学会2020春季年会
• [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, 佐藤浩介
  • 学会等名: 日本天文学会2020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, 佐藤浩介
  • 学会等名: 日本天文学会2020春季年会
• [学会発表] ダークバリオン探査計画: Super DIOS の現状 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩介
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙連絡会, 第 19 回高宇連研究会「高宇連博士論文発表会・研究会」
• [学会発表] Dark Baryon 探査衛星: Super DIOS の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩介、大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎、山田真也、山崎典子、中 島裕貴、満田和久、石田学、前田良知、三石郁之、田原譲、藤本龍一、鶴剛、太田直美、大里健、中島真也、藤田裕、永井大輔、吉川耕司、河合誠之、松下恭子、一戸悠人、内田悠介
  • 学会等名: 第 20 回宇宙科学シンポジウム、宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所
• [学会発表] ダークバリオン探査ミッションSuper DIOSの開発へ向けた検討IV (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩介、大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎、山田真也、山崎典子、中島裕貴、満 田和久、石田学、前田良知、三石郁之、田原譲、藤本龍一、鶴剛、太田直美 、大里健、中島真也、藤田裕、永井大輔、吉川耕司、河合誠之
  • 学会等名: 日本天文学会2019秋季年会
• [学会発表] X 線分光撮像衛星 XRISM 搭載 Resolve の開発の現状 IV (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishisaki, R.L. Kelley, H. Akamatsu, H. Awaki, T.G. Bialas, G.V. Brown, M.P. Chiao, E. Costantini, J.-W. den Herder, M.J. Dipirro, M.E. Eckart, Y. Ezoe, C. Ferrigno, R. Fujimoto, A. Furuzawa, S.M. Graham, M. Grim, T. Hayashi, T. Horiuchi,以下 K. Sato,を含む34名
  • 学会等名: 日本天文学会2019秋季年会
• [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, 佐藤浩介
  • 学会等名: 日本天文学会2019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, 佐藤浩介
  • 学会等名: 日本天文学会2019秋季年会