次期 X 線天文衛星 Astro-H 概要 宇宙物理学研究室 X 線グループ國枝秀世
U 研 X 線グループの研究の概略 1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核 (2) 超新星残骸 Tycho SNR (3) 銀河団 2. 硬 X 線撮像気球観測 (1) 硬 X 線撮像望遠鏡の技術実証多層膜レプリカ鏡量産 Astro-H HXT (2)25-45 kev で天体撮像観測 3.Astro-H ミッション (2014- ) (1) 目指すサイエンス (2) ミッション概要 (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 4. 将来計画 (1)International X-ray Observatory (2)FFAST (3)DIOS
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 2005 1993 あすか すざく搭載 X 線望遠鏡の開発 これまでの X 線観測 あすか 宇宙物理学の成果 次の課題
鉄輝線 1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核 円盤放射 Thermal 直接光 Power law 逆 Compton 吸収トーラス BH の重力場の効果 反射 ( 再放射 ) 成分 Scattering, fluorescence MCG-6-30-15 高エネルギー電子雲 降着円盤
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核 MCG-6-30-15 観測スペクトル Powerlaw model(γ=2.2) に対するデータの比反射成分 軟 X 線超過 幅広い鉄ライン PIN Warm Absorber ベキ型成分 XIS
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核時間変動解析から Size cδt 0.5-2keV Soft Excess 変動が早ければ 10-50 kev Offset Reflection 2-10 kev Power Law 硬 X 線高感度観測必要 2-10 kev Power Law T. Miyazawa 次の次のトーク 高エネルギー電子雲 降着円盤
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核強い吸収を受けた SMBH SWIFT J0138.6 4001 reflection Strong Absorption (10 23-24 H/cm 2 ) Very week scatter(<0.5%) Small cone angle(<20 ) Thomson 散乱 硬 X 線高感度観測必要 XIS HXD Ueda et al. QuickTimeý Dz TIFFÅiîÒà èkåj êlí ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå ÇÈÇžÇ½Ç ÇÕïKóvÇ Ç ÅB
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (1) 活動的銀河核宇宙を探る ( 背景放射 ) CXB and possible contributions 硬 X 線高感度撮像観測必要 Compton thin absorbed AGN Compton thin AGN Compton thick AGN Gilli et al. 2007
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (2) 超新星残骸 Tycho SNR Tycho SNR with Suzaku 8 arcmin
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (2) 超新星残骸 Tycho SNR Tycho SNR with Suzaku ΔV Fe ~ 3000 km/s Radial expansion Inner 8 arcmin エネルギー分解能 速度 すざく 140eV ~3000km/s Astro-H 5 ev 130km/s 高分解能分光観測必要 A. Furuzawa ( 次のトーク )
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (2) 超新星残骸 Tycho SNR 非熱的成分
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (2) 超新星残骸 Tycho SNR 非熱的成分 10 arcsec Narrow Rim Non-thermal emission Compressed B region?
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 (2) 超新星残骸 RXJ1713 SNR 非熱的成分 圧縮磁場 高効率荷電粒子加速現場 Uchiyama et al.
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 Acceleration Processes Synchrotron emission Radio - X-rays Inverse-Compton TeV γ-rays 10 15 ev electrons in SNR Electron energy 10 15 ev(snr) 10 18 ev(clusters)? B mgauss mgauss Size 10 pc 1Mpc Highest energy of acceleration is V x B x L Hard X-ray imaging of acceleration site
Maximum Electron Energy (ev) 1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 荷電粒子最大加速エネルギー 10 18 10 15 10 12 Crab Nebula SN1006 Blazar 10 9 Solar Flare Radio Lobes Diffusive shock process: a large B xl means a 10 6 good confinement Auroral Substorm Direct electric acceleration: vbl is 10 3 simply the inductive Reverse Field Pinch Machine electric field, 10 0 0 3 6 9 12 15 18 10 10 10 10 10 10 10 v B L (volts) Hillas (1984) Makishima (1999) Clusters of galaxies? Magnetized WDs? 硬 X 線高感度撮像観測必要
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 Science Requirements from Suzaku for future missions 硬 X 線撮像観測高感度 撮像 AGNの時間変動背景放射の起源 --> 吸収の強いAGN SMBHの進化の探査 SNR, 銀河団の加速領域 高分解能分光輝線分光 BH 近傍時空探査プラズマ物理学 運動学 SNR, 銀河団進化
2. 硬 X 線撮像気球観測 日米共同 InFOCuS 実験 最初の硬 X 線撮像観測技術的実証観測的実証 QuickTimeý Dz TIFFÅià èkç»çµåj êlí ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå ÇÈÇžÇ½Ç ÇÕïKóvÇ Ç ÅB Pt/C 多層膜スーパーミラー硬 X 線望遠鏡 ( 名大 : 口径 40cm 焦点距離 8m) 硬 X 線撮像検出器 (NASA.GSFC) 姿勢系 ( 名大 :star camera) ゴンドラ (NASA/GSFC) July 2001, May 2004 September 2004 May 2010(Australia)
2. 硬 X 線撮像気球観測 日米共同 InFOCuS 実験 XMM 有効面積 ( 実測 ) InFOCuS (one tele.) Chandra Suzaku
2. 硬 X 線撮像気球観測 日米共同 InFOCuS 実験 Pt/C 多層膜スーパーミラー硬 X 線望遠鏡 ( 名大 : 口径 40cm 焦点距離 8m) 硬 X 線撮像検出器 (NASA.GSFC) 姿勢系 ( 名大 :star camera) ゴンドラ (NASA/GSFC) 高度 40 km Payload of 1.5 ton QuickTimeý Dz TIFFÅià èkç»çµåj êlí ÉvÉçÉOÉâÉÄ Ç Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå ÇÈÇžÇ½Ç ÇÕïKóvÇ Ç ÅB X0115 (25-50keV)
2. 硬 X 線撮像気球観測 日米共同 InFOCuS 実験 Hard X-ray Imaging observation of Cyg X-1 (20-40keV) Radio Continuum (1.4GHz) Lobe 200 kpc Cyg X 1 Jet Inverse Compton scattering of visible light from the star Pic A (AGN) X-ray(Gray) Radio(Contour)
これまでの観測からの要請 Science Requirements for future missions 硬 X 線撮像観測高感度 撮像 AGNの時間変動背景放射の起源 --> 吸収の強いAGN SMBHの進化の探査 SNR, 銀河団の加速領域 高分解能分光輝線分光 BH 近傍時空探査プラズマ物理学 運動学 SNR, 銀河団進化
1. すざく衛星による観測的宇宙物理学 2005 1993 あすか すざく搭載 X 線望遠鏡の開発 これまでの X 線観測 あすか 宇宙物理学の成果 次の課題 d d λ λ 新しい観測機器の開発 硬 X 線撮像 分光
(1) 目指すサイエンス 核エネルギー 3.Astro-H ミッション 宇宙のエネルギーの流れ 星 銀河 物質 熱的宇宙を究める熱的成分 プラズマ 高分散分光 銀河団 輻射 衝撃波 運動 重力エネルギー 磁場 AGN 非熱的成分 加速 硬 X 線撮像 非熱的宇宙の扉を開く 軟ガンマ線観測
12 m FL 6 m FL fixed bench (2) ミッション概要 硬 X 線撮像系 3.Astro-H ミッション 名古屋大学 軟 X 線撮像系 Astro-H 2014 Extension 硬 X 線撮像検出器 カロリメータ 高分解能分光器 軟 γ 線検出器
3.Astro-H ミッション 伸展式光学台 (EOB) 試作 要求性能焦点距離 12/9m 搭載望遠鏡外径 50cm4 台 230 kg(4 台合計 ) アラインメント位置度 2.5mm 傾斜角 1 分角以内
(2) ミッション概要 3.Astro-H ミッション SUZAKU 新提案 Astro-H
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 斜入射光学系 Diameter 45cm Focal length 12m Ang. Res. ~1 Seff(30keV) ~300cm 2 with multilayers 斜入射角 <1 度硬 X 線ほど多重薄板構造小さくなる 0.2tの円錐 ~200 枚同軸配置 超高効率 X 線望遠鏡
(3) 硬 X 線望遠鏡の開発 3.Astro-H ミッション 多層膜スーパーミラー 硬 X 線反射鏡 λ d λ d Diameter 45cm Focal length 12m Ang. Res. ~1 Seff(30keV) ~300cm 2 with multilayers Astro-H HXT Astro-H SXT スーパーミラー
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 アルミ薄板 + レプリカ溶融ガラスの滑らかな面を転写より高い結像性能 (3.6-->2.0 HPD) Astro-E1 2000.2 すざく衛星 2005.7.10 口径 40cm 焦点距離 4.75m アルミ基板アルミ基板エポキシエポキシ 多層膜多層膜 ガラス母型 アルミ基板 (0.15mm) エポキシ (50μm) 多層膜 (~100nm) ガラス 円筒
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 高等研究院 5 階クリーンルーム
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 多層膜成膜装置 高等研究院 5 階クリーンルーム
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 Spray 熱硬化 圧着 レプリカ鏡 剥離 高等研究院 5 階クリーンルーム
3.Astro-H ミッション (3) 硬 X 線望遠鏡の開発 完成した多層膜反射鏡 Housing への取り付け 高等研究院 5 階クリーンルーム 完成した硬 X 線望遠鏡 ( 気球用 )
3.Astro-H ミッションスケジュール
3.Astro-H ミッションチーム構成
将来計画 IXO : International X-ray Observatory Detector deck Extensible Optical bench To be launched in 2020 JAXA, ESA, NASA Effective area 3.0 m2 @ 1.25 kev 2-5 arcsec resolution Telescope Hard X-ray Response E 60 kev
将来計画 IXO : International X-ray Observatory Search for the first generation of SMBH z=6.5 10 9 M (known QSOs) z=11 XEUS Limit 10 6 M Mini-QSOs Black Hole Hasinger z=15-20
将来計画 IXO : International X-ray Observatory Cosmic X-ray Background (Γ 1.4) Integration of AGN at different distance Seyfert I (Γ 1.7) Strongly absorbed Seyfert II Galaxies Hard X-ray Survey Evolution of SMBH without absorption bias 10 kev
U 研 X 線グループメンバー 國枝秀世 田原譲 古澤彰浩 石橋和紀 松本浩典 (2010.1.1 着任 ) 杉田聡司 幅良統 森英之 (ISAS/JAXA) 宮澤拓也 加納康史扇拓矢 松田賢治 酒井理人 仁木大祐 大石和 寺島慎二石田洋輔 山根宏大 山根伸幸 原慎二 紅林優樹姚有為 ( 同済大学 M2: 短期滞在 ) 石田直樹 ( 派遣 )
(2) 超新星残骸 Tycho SNR 多波長観測 電波 (CO) 赤外線 (Akari) X 線 By Ishihara