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1 常深研究室 (X 線天文学グループ ) 2016/01/12,19 林田清 奈良星のくに 2014/07/24

2 これは何座? 写真 :MPE 提供

3 同じ星座です 写真 :MPE 提供

4 可視光 X 線 月 オリオン座 シリウス

5 X 線天体物理学 = 熱い 宇宙の探求 (X 線天文学 ) Blackbody Radiation Brightness W/m 2 /str/s/m T=30K T=300K T=3000K T=30000K T=3x10^6K T=3x10^8K X 線 Wavelength(m) 波長紫外線 可視光線 赤外線 *) 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 電波

6 X 線の空にうつっている大半がブラックホール ブラックホールの 想像図 Illustration: NASA/CXC/M.Weiss Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

7 NGC4945 銀河の新ブラックホール候補発見 (2014 卒研 by 久留飛 ) 2005/08/22~ /01/15~ /07/4~5 2010/07/9~11 半径 : 約 1.1kpc NGC 4945 中心核 新 X 線源 2010/07/26~ /08/30~ /01/29~30 白 : NGC 4945 中心核 緑 : 新 X 線源 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

8 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 X 線スペクトル X 線イメージ X 線強度 (counts/sec/kev) O Ne Mg Si S Ar Ca Cr Fe 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 Ni 全エネルギー範囲 Si X 線エネルギー (kev) すざく衛星による観測 Yan et al., 2013 Ca Fe Chandra 衛星による観測 NASA/GSFC/U.Hwang et al.

9 銀河団 可視光のイメージ数 100 の銀河の集団 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) 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 A1689 銀河団 210 万光年 X-ray: NASA/CXC/MIT/E.-H Peng et al; Optical: NASA/STScI

10 銀河団高温ガスの運動のはじめての検出 A2256 銀河団の X 線画像 衝突の証拠 Tamura, Hayashida, Ueda et al., 2011 Sub X 線スペクトル Main ピーク Sub ピーク 後 Main 退速 X 線スペクトル度 / Fe 輝線光速 ドップラー X 線スペクトルから決めた後退速度 (90%CL) Main Cluster Main Optical galaxies (Berrington et al., 2002) Sub Cluster Sub 視線方向速度差 = km/s

11 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) すざく ( ) 指向観測 Tenma(1983) Ginga(1987) ASCA(1993) MAXI (2009-) 全天探査 写真は JAXA 提供 国際宇宙ステーション日本実験棟 きぼう

12 MAXI/SSC が偶然観測した爆発直後のガンマ線バースト ガンマ線バースト GRB100418A :10:08:04 (Swift/BATによるtrigger time) (Ra,Dec)=( , ) z = Trigger84s 後からXRT(3-10keV) で観測開始 (Marshall et al 2011) SSC(0.7-7keV) はTrigger 直後から約 30 秒間観測していた SSC(0.7-7keV) Flux (erg/cm 2 /sec) steep decay α2-3 XRT(0.3-10keV) after glow α3-1 TIME since BAT Trigger Time (sec)

13 搭載装置を自分らの手で開発 ( 設計 試作 試験 較正 ) 常深研が中心になって開発した X 線 CCD カメラ : すざく XIS, MAXI SSC, そして ASTRO-H SXI も 阪大京大 ISAS/JAXA 阪大 TKSC/JAXA TKSC/JAXA KEK-PF 阪大 阪大 Spring8 TKSC/JAXA

14 ASTRO-H 2016/2/12 打ち上げ 2016 年は待望の観測データが得られる年 4 種類の検出器を搭載 イラスト写真 JAXA 提供 2016 年の B4 は選ばれし人 1 台が常深研中心に開発した CCD カメラ SXI 過去最大の視野 38 分角で撮像 別の 1 台がマイクロカロリメータ エネルギー分解能が CCD の 30 倍 高温ガスの ~100km/s の運動 銀河団における乱流 暗黒物質質量の正確な測定 超新星残骸中 爆発機構 宇宙線加速機構 微少元素の検出 WHIM の検出 ブラックホールの時空 2.7t 14m 8m

15 Number of people who participated in the test campaign SXS 38 (staff 35, grad. student 3) SXI 15 (staff 9, grad. student 6) HXI 20 (staff 10, grad. student 10) SGD 19 (staff 11, grad. student 8) CAMS 3 (staff 3) JAXA shift (duty scientist) (11) System office (4 : Kokubun, Natsukari, Wada, Sato (Rie)) JAXA engineers and other scientists (11) Project Manager (1) sub total 122 NEC (system company) 40 AES (chamber operation) 25 total /2/12 に HIIA ロケットで打ち上げ予定

16 3 本の柱 2015 年度は典型的な研究スタイル 基礎開発 衛星開発 観測 & データ解析 つくば FFAST/SDCCD PolariS/SIP XRPIX/ 干渉計 ASIC-MND03 ASTRO-H SUZAKU MAXI Chandra, XMM, Swift,Fermi SXI チーム ( の一部 ) 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る > 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 基本的にスタッフ 院生の仕事 スケジュール厳守!Failure is Not an Option! 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 みんなで開発して各自の大発見を パリ ASTRO-H チームの約 1/3?

17 常深研究室のメンバー 進路など 教授 : 常深博 准教授 : 林田清 助教 : 中嶋大 研究員 : 小山勝二 穴吹直久 薙野稜 秘書 : 渡邉万紀子 ( 秘書 F410) 澤本茂美 D3: 上司文善 D1: 井上翔太 M2: 今谷律子 金柱鏞 久留飛寛之 M1: 五十嵐宣孝 正村陸 廣瀬真之介 B4: 池山優樹 孕石友太 米山友景 HUANG RUOCHEN B3 留学生 : Silvio Fortune 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 D1,D3 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 ASTRO-H の仕事を一緒にしている人も多い 別の分野で活躍している人も

18 常深研究室に 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 ( 芝井研と合同 ) 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 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 興味をもった選ばれし人は 2016/1/19( 火 ) 13 時 14 時 15 時 16 時 17 時に F515 の前に集合してください 熱い心で熱い宇宙の探求を!

19

20 ASTRO-H が解明する宇宙の謎 宇宙の成り立ちを調べる 巨大ブラックホールはどのように成長し周囲にどんな影響を与えたのか? 銀河団はどのように形成され進化して来たか? 宇宙では各種の重元素が いつ どれだけ作られてきたか? 極限状態での物理法則を検証 解明する 活動銀河核アウトフロー 超高密度 超強磁場の極限状態でどんな物理現象が起きているか? ブラックホール近傍では 確かに時空は歪んでいるか? 活動銀河核鉄輝線 宇宙線は どこでどのように作られているのか? 銀河団衝突 乱流 超新星残骸 楕円銀河 銀河団元素組成 白色矮星 パルサー マグネタ 磁場 密度 超新星残骸非熱的成分

21 一例 : 銀河団高温ガスの乱流と共鳴散乱 ペルセウス銀河団の SXS 100ks 観測シミュレーション arxiv: v Kitayama et al 銀河団中の高温ガスの運動 磁場 銀河団の質量 宇宙のバリオン質量

22 ブラックホール周辺から放射される鉄輝線の X 線スペクトル シミュレーション 6.4keV の輝線が特殊 + 一般相対論的効果により赤線のように変形される 3.2keV 6.4keV X 線エネルギー B4 卒研 by 川畑亮

23 CCD Clock Timing Driver DAC FE(Driver Board) Drive CCD Output from CCD PchNeXT4 by HPK MIO(FPGA Board) 31mm 31mm Command MDE(CPU Board) Frame Data Event Data HK Pixel Data EGSE(PC+Spw2GbE) Video(ASIC) bitstream 4 PchNeXT4 CCDs are mounted on the cold plate. Hood Command Telemetry SpW SpW router Video(FPGA) 1 Stage Stiring Cooler FE Pictures in this slide are EM. Cooler Driver drive Contamination Blocking Filter

24 衛星熱真空試験 : 分光性能 Mn Kα & Kβ band image CCD1 Transfer Direction CCD3 Transfer Direction aim point CCD2 CCD4 expected spot size 55 Fe 較正線源の強度と照射領域が予想通りであることを確認 分光性能も単体熱真空試験時と同等 24

25 ASTRO-H スケジュール 年度

26

27 卒研タイトル 観測データ解析基礎開発実験 2015 池山優樹 XMM-Newtonによる大マゼラン雲内超新星残骸 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

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