次期X線天文衛星 - 名古屋大学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

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）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）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）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 Ç²TIFFÅiîÒà•èkÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ

Ç™Ç±ÇÃÉsÉNÉ`ÉÉÇ¾å©ÇÈÇžÇ½Ç…ÇÕïKóvÇÇ•ÅB

Ueda et al.

XIS HXD


（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


（２）超新星残骸 Tycho SNRTycho SNR with Suzaku

8 arcmin


（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）


（２）超新星残骸 Tycho SNR 非熱的成分


10 arcsec

Narrow RimNon-thermal emissionCompressed B region?

（２）超新星残骸 Tycho SNR 非熱的成分


（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.


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


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


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 Ç²TIFFÅià•èkÇ»ÇµÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ


最初の硬X線撮像観測技術的実証観測的実証


InFOCuS

(one tele.)

XMM

SuzakuChandra

有効面積（実測）


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 Ç²TIFFÅià•èkÇ»ÇµÅj êLí£ÉvÉçÉOÉâÉÄ


高度 ≤ 40 kmPayload of 〜1.5 ton

X0115

(25-50keV)



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


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


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）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



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



高等研究院５階クリーンルーム




多層膜成膜装置




Spray

圧着

熱硬化

剥離

レプリカ鏡




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


将来計画


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

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次期X線天文衛星 - 名古屋大学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

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