Ｘ線天文グループ(松本研究室)

2018/01/10 林田 清

夏合宿＠西はりま天文台2017/07/19

これは何座？

写真：MPE提供

同じ星座です

写真：MPE提供

可視光 X線

オリオン座

月

シリウス

100

104

108

1012

1016

1020

1024

1028

1032

1036

10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 100

Blackbody Radiation

T=30KT=300KT=3000KT=30000KT=3x10^6KT=3x10^8K

Brig

htne

ss W

/m2 /s

tr/s/

m

Wavelength(m)

Ｘ線天体物理学＝“熱い”宇宙の探求

＊）全ての天体が黒体輻射を出しているわけではないですが、、、

波長(m) Ｘ線

可視光線

赤外線 電波紫外線

（X線天文学）

X線の空にうつっている大半がブラックホール

Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

ブラックホールの”想像図”

2006/01/15~17

2010/07/26~27 2010/08/30~31 2011/01/29~30

NGC4945銀河の新ブラックホール候補発見(2014卒研 by 久留飛）

白:NGC 4945中心核

緑:新X線源

2010/07/9~112010/07/4~52005/08/22~23

NGC 4945中心核

新X線源半径：約1.1kpc

詳しい解析により新たなブラックホール候補天体と結論

超新星残骸のＸ線観測300年前に爆発した超新星の残骸Cas Aの例

→爆発物(=星の中身）の元素組成の測定、爆発の異方性の発見

Chandra衛星による観測NASA/GSFC/U.Hwang et al.

X線エネルギー（keV)

MgNe

Fe

SiS

OAr

Ca

Ni

１

X線強

度(c

ount

s/se

c/ke

V)

2 5 10

Cr

すざく衛星による観測Yan et al., 2013

X線スペクトル

約4000万度のプラズマからの放射各元素の特性X線が観測されている

全エネルギー範囲 Si

Ca Fe

X線イメージ

銀河団

A1689銀河団 X-ray: NASA/CXC/MIT/E.-H Peng et al; Optical: NASA/STScI

210万光年

可視光のイメージ数100の銀河の集団

X線のイメージ全体を包む数千万度の高温ガス

210万光年

高温ガスを束縛するためにはその約5-10倍の質量の物質が必要→暗黒物質(銀河の質量は高温ガスの数分の１）

高温ガスの乱流速度~164+-10km/s予想外に静か→Nature誌, 2016年

Fe, Cr, Mn, Niの組成比が以外にも太陽系の組成とほぼ同じ→Nature誌, 2017

Ｈｉｔｏｍｉ衛星によるペルセウス座銀河団の観測

X線のエネルギー（波長の逆数）；Hitomiは従来より50倍分光能力を高めた

宇宙からのＸ線は地球大気で吸収されてしまう→人工衛星に検出器を搭載し観測することが必要

Hakucho(1979)

Tenma(1983)

ASCA(1993)

Ginga(1987)

すざく (2005-2015)

国際宇宙ステーション日本実験棟”きぼう”

写真はJAXA提供

(Astro-H) Hitomi (2016)打ち上げ 2016/2/17観測開始 2016/3/1通信途絶 2016/3/26復旧断念 2016/4/28

MAXI (2009-)

2017/11/1 X線天文衛星代替機(XARM)プリプロジェクト発足

2020年度打ち上げを目指して開発開始!搭載観測装置は2台、1台はNASA中心、1台は阪大中心

ペルセウス銀河団他の観測Nature論文2編を含む10編以上の論文

搭載装置を自分らの手で開発（設計、試作、試験、較正）阪大X線グループが開発したX線CCDカメラ: すざくXIS, MAXI SSC, Hitomi SXIそしてXARM SXIも

阪大 京大 ISAS/JAXA

TKSC/JAXATKSC/JAXA

阪大

阪大

Spring8

阪大

TKSC/JAXA

KEK-PF

新発明の原理によるX線干渉計MIXIMの開発

•4.8umピッチ17um厚Au格子開口率f=0.5

4.25umピクセルGSENSE5130FI CMOS

干渉縞重ねあわせprofile検出！

Ex=12.4keV,z=23cm Ex=12.4keV,z=46cm

2’’ 1’’

X線偏光検出感度もあり！

0°/9

0°

12.4 keV24.8 keV

上 左 右下

M=7% for 12.4keVM=15% for 24.8keV

13

SPring8実験 2017年11月(長さ50cmの装置で)視力60達成!cfHitomi衛星は分光能力は50倍だが視力は0.7米Chandra衛星は（長さは20倍、装置価格は1万倍で）視力120

MIXIMは2018年に視力150の世界記録達成する目標

基礎開発の例

3本の柱 2018年度は 典型的な研究スタイル

基礎開発 MIXIM干渉計CMOS偏光計FORCEミラ－

スタッフ＋院生、B4の<数人のチーム。他の研究機関

（場合によっては天文分野外）とも協力。将来の衛星搭載、応用を目指して試行錯誤。B4の手づくりで世界最高性能の装置を開発したこともあり。

衛星開発

XARM>数100人規模、>5年の国際プロジェクト。 JAXA, NASA, ESA,国内外の大学、さらに、宇宙機開発メーカーとの共同作業。 スタッフ、院生中心にB4も補助。スケジュール厳守！Failure is Not an Option!

観測＆データ解析

SUZAKU, HitomiMAXI, NuSTARChandra, XMM,Swift, Fermi

個人、あるいはスタッフ＋院生、B4の<数人のチーム。

外国、他の波長帯（近い将来重力波も）と共同で観測・解析することも多い。対象は彗星、惑星から最遠方のGRBまで様々。天体の種類、解析の視点で独自性を発揮。

SXIチーム(の一部）

Hitomiチームの約1/3 ?

パリつくば

みんなで開発して各自の大発見を

3-4年後

参考卒研タイトル• 2016 猿楽直樹 Ｘ線天文衛星「すざく」による大質量Ｘ線連星 IGR J16318-4848 の観測

• 2016 古市拓巳 “2型活動銀河核NGC4945のX線スペクトル時間変動

• 2016 山崎留歌 反射鏡を使用しない高解像度X線撮像法の検討

• 2015 池山優樹 XMM-Newtonによる大マゼラン雲内超新星残骸0540-69.3の分光観測

• 2015 Huang Rouchen “New Type AGN”のX線スペクトル~時間変動とホスト銀河の吸収

• 2015 孕石友太 シンチレータ用光検出器としてのMPPCの利用

• 2015 米山友景 単独中性子星からのX線高エネルギー超過成分の発見

• 2014 五十嵐宣孝 マイクロレンジングイベントとX線源の照合による孤立ブラックホールの探査

• 2014 田中沙季 活動銀河核（AGN）のX線長期変動の観測

• 2013 井出舜一郎 PolariS搭載用X線偏光計のためのBe散乱体の性能評価

• 2013 桂川美穂 若い超新星残骸のガス運動非対称性

• 2013 久留飛寛之 NGC4945中心核近傍のブラックホール候補天体の発見

• 2012 井上翔太 衛星搭載CCDカメラの高速低雑音信号処理用アナログASICの開発

• 2012 Kim Juyong 放射光を利用したPolariS X線偏光計の性能評価

• 2012 谷間祐一郎 X線天文衛星「すざく」を用いた地球大気のX線蛍光分析

• 2012 横路修正 X線から求める中性子星の半径

• 2011 定本真明 PolariS衛星搭載用X線散乱撮像偏光計プロトモデルの開発II • 2010 出口和弘 PolariS衛星搭載用X線散乱撮像偏光計プロトモデルの開発（1）• 2010 上司文善 PolariS衛星搭載用X線散乱撮像偏光計プロトモデルの開発（2）• 2009 山田なつ紀 Ｘ線衛星Chandraを用いた超新星残骸の解析

• 2008 小杉寛子 超新星残骸カシオペアＡのスペクトル解析

• 2008 進藤浩昭 スローンデジタルスカイサーベイのデータを使用した宇宙の質量分布地図の作成

観測データ解析 基礎開発実験

X線グループのメンバー、進路など• 教授：松本浩典、 准教授：林田清、 助教：中嶋大• 秘書：澤本茂美• D3:井上翔太、（受託）佐治重孝• M2：池山優樹、大西里実、米山友景(来年D1)、川端智樹• M1：岩垣純一、岡崎貴樹、花坂剛史、古市拓巳

• B4: 朝倉一統、泉 智大、中田 諒• (短期留学生 Suvadip Mandal)

• B4の9割は進学。他大学、他分野に行く人もいる。• Mの就職先はメーカー（電気、宇宙、半導体、通信）、SE、ソフト会社、教員など。Dに進学する割合はおよそ1/4。

• D院生のほぼ全員が学振DC1/DC2を取得(現在のD3、来年度のD1（現M2)も）。

• Dの就職先は、メーカー、ソフト会社、国内外の研究所。PDあるいはメーカーを経てHitomiの仕事を一緒にした人も多い。

X線グループに4年生で所属すると• 入門セミナー（Linux PCの使い方入門、衛星データの解析練習入門セミナー）を受講

• １週間に１回の研究室ミーティングに参加

• １週間に１回の本読み（赤外天文、宇宙進化と合同）に参加

• 卒研テーマは、希望をきいて相談の上決定（6月頃）• 観測データの解析か、装置の基礎開発

• 夏合宿（7月頃＠公共天文台）でそれまでに勉強したことを中間発表

• 10月から（基本的に各自のペースで）研究本番

• 1月末に宇宙地球全体の卒研発表会

• 飲み会しばしば、秋には遠足

• 天文、宇宙物理の知識、実験・解析・PC・英語のスキルは最初は不要です。研究室で何かを習得してください。得られるものはあるはずです。

• 興味をもった人は2018/1/16(火) 13時、14時、15時にF515の前に集合してください。松本先生が対応します。

• 16時以降あるいは別日時希望の場合は連絡ください。

• 熱い心で熱い宇宙の探求を！