次期x線天文衛星 - 名古屋大学for future missions...
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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
これまでのX線観測
次の課題
あすか、すざく搭載X線望遠鏡の開発
宇宙物理学の成果
1993
2005
あすか
1.すざく衛星による観測的宇宙物理学(1)活動的銀河核
降着円盤
吸収トーラス
高エネルギー電子雲
直接光Power law
逆Compton
円盤放射Thermal
反射(再放射)成分Scattering, fluorescence
鉄輝線
BHの重力場の
効果
MCG-6-30-15
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
幅広い鉄ライン
Warm
Absorber
反射成分
XIS
PIN
軟X線超過
ベキ型成分
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
降着円盤高エネルギー電子雲
2-10 keV
Power Law
0.5-2keV
Soft
Excess
変動が早ければ
2-10 keV
Power Law
10-50
keV
Off-
set Reflection
硬X線高感度観測必要
Size ≤ cΔt
T. Miyazawa
次の次のトーク
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
硬X線高感度観測必要
SWIFT J0138.6 4001
Thomson散乱
reflection
Strong Absorption(1023-24 H/cm2)
Very week scatter(<0.5%)
Small cone angle(<20°)
QuickTimeý DzTIFFÅiîÒà•èkÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ•ÅB
Ueda et al.
XIS HXD
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) 硬X線高感度
撮像観測必要CXB and possible contributions
Compton thin AGN
Compton thin
absorbed 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 SNRTycho 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
Radial expansion
ΔVFe ~ 3000 km/sInner
Tycho SNR with Suzaku
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
10 arcsec
Narrow RimNon-thermal emissionCompressed B region?
(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 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
Synchrotron emissionRadio - X-rays
Inverse-ComptonTeV γ-rays
Hard X-ray imaging of acceleration site
1015 eV electrons
in SNR
Acceleration Processes
Electron energy
1015 eV(SNR)
1018 eV(Clusters)?
B Size
mGauss 10 pc
mGauss 1Mpc
Highest energy of acceleration is V x B x L
1.すざく衛星による観測的宇宙物理学
100
103
106
109
1012
1015
1018
10 10 10 10 10 10 100 3 6 9 12 15 18
Ma
xim
um
Ele
ctr
on E
nerg
y (
eV
)
Reverse Field Pinch Machine
Auroral Substorm
Solar FlareRadio Lobes
Blazar
SN1006
Crab Nebula
v×B×L (volts)
Magnetized WDs?
Clusters of galaxies?
Hillas (1984)
Makishima (1999)
Diffusive shock process: a large B xL means a good confinement
Direct electric acceleration: vBL is simply the inductive electric field,
荷電粒子最大加速エネルギー
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
硬X線撮像観測高感度 AGNの時間変動
背景放射の起源-->吸収の強いAGN
SMBHの進化の探査撮像 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
Science Requirements from Suzaku
for future missions
2.硬X線撮像気球観測
日米共同InFOCuS実験
July 2001, May 2004September 2004May 2010(Australia)
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)
QuickTimeý DzTIFFÅià•èkǻǵÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ•ÅB
最初の硬X線撮像観測技術的実証観測的実証
2.硬X線撮像気球観測
InFOCuS
(one tele.)
XMM
SuzakuChandra
有効面積(実測)
日米共同InFOCuS実験
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)
QuickTimeý DzTIFFÅià•èkǻǵÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ
ǙDZÇÃÉsÉNÉ`ÉÉǾå©ÇÈǞǽDžÇÕïKóvÇÇ•ÅB
高度 ≤ 40 kmPayload of 〜1.5 ton
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
Pic A (AGN)
X-ray(Gray)Radio(Contour)
200 kpc
Inverse Compton scattering
of visible light from the star
Cyg
X−1
Radio Continuum
(1.4GHz)
Jet
Lobe
(20-40keV)
これまでの観測からの要請
硬X線撮像観測高感度 AGNの時間変動
背景放射の起源-->吸収の強いAGN
SMBHの進化の探査撮像 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
Science Requirements
for future missions
1.すざく衛星による観測的宇宙物理学
これまでのX線観測
次の課題
あすか、すざく搭載X線望遠鏡の開発
宇宙物理学の成果
1993
2005
あすか
新しい観測機器の開発d
d’
λ
λ’ 硬X線撮像 分光
3.Astro-Hミッション
(1)目指すサイエンス
宇宙のエネルギーの流れ
運動
衝撃波
高分散分光 軟ガンマ線観測
硬X線撮像
物質 磁場輻射
銀河団 AGN星・銀河
重力エネルギー核エネルギー
熱的成分
プラズマ
非熱的成分
加速
非熱的宇宙の扉を開く
熱的宇宙を究める
3.Astro-Hミッション(2)ミッション概要
硬X線撮像系
Extension
12
m F
L
硬X線撮像検出器
6 m
FL
fixed
be
nch
カロリメータ
高分解能分光器
軟X線撮像系名古屋大学
Astro-H2014〜
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
3.Astro-Hミッション(2)ミッション概要
SUZAKU
Astro-H新提案
3.Astro-Hミッション
(3)硬X線望遠鏡の開発
Diameter 45cm
Focal length 12m
Ang. Res. ~1’
Seff(30keV) ~300cm2
with multilayers
斜入射角<1度硬X線ほど小さくなる
斜入射光学系
多重薄板構造0.2tの円錐 ~200枚同軸配置
超高効率X線望遠鏡
3.Astro-Hミッション(3)硬X線望遠鏡の開発
Diameter 45cm
Focal length 12m
Ang. Res. ~1’
Seff(30keV) ~300cm2
with multilayers
d
d’
λ
λ’
Astro-HSXT
Astro-HHXT
多層膜スーパーミラー
硬X線反射鏡
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
アルミ基板(0.15mm)エポキシ
(50μm)
多層膜(~100nm)
ガラス
円筒
ガラス母型
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
エポキシ
多層膜
アルミ基板
エポキシ
ガラス母型
多層膜
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
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
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
Spray
圧着
熱硬化
剥離
レプリカ鏡
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
完成した多層膜反射鏡
Housing
への取り付け
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
Telescope
To be launched in 2020
JAXA, ESA, NASA
Effective area
3.0 m2
@ 1.25 keV
2-5 arcsec
resolution
Hard X-ray
Response
E ≤ 60 keV
Search for the first generation of SMBH
109 M
(known QSOs)
z=6.5
Black Hole
z=15-20
XEUS Limit 106 M
Mini-QSOs
z=11
Hasinger
将来計画
IXO : International X-ray Observatory
将来計画
IXO : International X-ray Observatory
Cosmic X-ray Background|| (Γ〜1.4)
Integration of AGN
at different distance
Evolution of SMBHwithout absorption bias
Strongly absorbedSeyfert II Galaxies
Hard X-ray Survey
10 keV
Seyfert I (Γ〜1.7)
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