「宇宙物理実験」研究室

Since 1993
2023年度版

宇宙の謎を自分たちで作った観測装置で切り拓く(1) X線を用いた高エネルギー宇宙物理の研究(2) 人工衛星観測のための先端的な装置機器の開発

やっていること高エネルギー宇宙物理：ブラックホール、銀河団、星形成領域、系外惑星、太陽系装置開発：望遠鏡 (X線全反射、ブラッグ反射)、カロリメータ検出器
世界初のデータを見ることができる
学生から活躍できる環境

研究室の活動
スタッフ：准教授2名，助教1名，特任助教1名，連携客員教授1名
大学院生：博士3名、修士9名
大学生 (卒研生)：4名
研究室打ち合わせ：2週間毎、対面
研究室ゼミ：2週間毎、対面
各種飲み会、BBQ、合宿

例. すざく衛星 (2005-15)
日本で5番目のX線天文衛星
X線(0.2-700キロ電子ボルト)の撮像・分光
X線
XRT：X線望遠鏡
XIS：X線CCD

HXD：結晶シンチ
レータ、Si PIN

XRS:マイクロカロリメータ

世界の主なX線天文衛星
すざく(2005年、日米)：0.2-700 keV という広いエネルギー帯域での高い感度とエネルギー分解能で、ブラックホールからのX線、銀河団の重元素分布、惑星・彗星の大気などを探る
チャンドラ(1999年、米)：0.5秒角というX
線天文衛星で最も高い撮像能力を生かし、X線背景放射、星形成領域、銀河団の衝撃波などを探る
XMMニュートン(1999年、欧)：大面積望遠鏡による高い感度で、銀河団の温度構造や元素分布、活動銀河の進化を探る
各国の衛星データを使う

銀河団
1千万光年の空間にダークマター(75%)、高温ガス(20%)、銀河(5%)が集中、X線で観測
ダークマターの量や分布がわかる
宇宙の元素生成の歴史がわかる
宇宙の進化(ダークエネルギー)がわかる
O

ペルセウス座銀河団
可視光

Ｘ線Mg

O7+

Correlation between solar wind fluxand cometary X-rays
Offset from the nuclues sunwards
Large X-ray flux compared to that ofthe Moon " Probably charge exchangewith the solar wind particles
Spectral analysis have been difficult

X-ray line emissions

太陽系
Solar
Wind

“Comets may tell us about cometar
and solar wind composition, ioniza
state, relative velocity , etc...”

惑星(地球、金星、火星、木星など)、彗星
希薄な超高層大気の分布・組成がわかる– 16 –

3. X-ray Images

We translated raw CCD images to overlay the position of the nucleus from the
放射線帯の超高エネルギー粒子の分布がわかる
ephemeris data, using the special program written by Dr. Negro (Nihon Uni.).
50:00.0

XIS BI 0.2-0.8 keV
5/13, 8 FOVs

5/13

30’=105 km生命誕生の条件、地球生命の起源にせまるSun
40:00.0
30:00.0
20:00.0
10:00.0△ Rairden+1986

24:00:00.0◇ Woods & Rottman 1997＋ Tinsley+1986 (solar max)地球
□ Hodges+1994 (solar max)

50:00.0

The pass of thecomet in the sky

40:00.0

木星

30:00.0
20:00.000.0

18:00.0

00.05

16:00.0
0.1

14:00.0

12:00.0– 18 –

0.15

0.2

21:10:00.0

08:00.0

0.3

0.35

0.25

5/7 0.2-0.8 keV

CX modelR [Rmagnetopause]

003)

H 2O
Nucleusty, CX intensityume

5/7

06:00.0

04:00

0.4

0.45

XIS BI 0.2-0.8 keV
02-10 keV

0.20.4彗星

0.60.8XIS BI 2-10 keV
100.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

Swift UVOT B band &Suzaku 0.2-0.8 keVBow shock
Magnetopause

Hyakutake (RO25’=105 km
00.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0Earthsolar wind

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

0.22

6/7 orbital
Fig. 2.— Suzaku XIS6/7
images0.2-0.8
after correcting
motion and Jupiter’s
keV for the satellite’s
2-10 keVephemeris in the (a) 0.2–1 keV (BI) and (b) 1–5 keV (FI) bands. The images are binned
and smoothed in the same way as figure 1. In the panel (a), a circle indicates the expected
5 km
10’=10position and size of Jupiter whose diameteris 39 arcsec.
In the panel (b), grey lines indicate

7’=7.5x104 km

A slight shift(~104 km) sunw
is consistent w
the past observof the other cothe equatorial crossing of magnetic field lines at 2, 4, 6, and 8 Jovian radius (Rj ). A blackline is the path traced by Io. A photograph of Jupiter by Cassini taken from the JPL web[keV/cm2/s/str]
00.5

1

1.5

2

2.5

300.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

11.1

The X-ray emission from the 73P/SW C is clearly detected in the soft band imagessite is overlaid. An arrow indicates the direction of the Sun. Boxes are used to obtain the

装置開発の例!"#$%&'&()*+,-./0 1#$%&!'()*+,-./
TPE-RX0
断熱消磁冷凍機：極低温(50mK)を uK の精度で制御
1234567*+,-08X9:;

望遠鏡：集光装置、解像度と軽量性を大きく向上

2 cm8m

100 mm

Al K% 1.49 keV@ ISAS 30 m
beam line

50cm

300

1.7mm

マイクロマシン技術を用いた独自のX線光学系<=>?@AB
自作冷凍機

TESC
50 cm
-DEFGFHIJK

0E-RX (LMNOP%QRS)

Mitsuishi+10 OMEMS

2 3!"4567'89:;*:6<= >?@ABCDE$F,GHIJ
256 pixel カロリメータ
2 KLM&NO$P6QRST6UVWX

C

re
0.8

100 mmX-ray imaging test of Si o

マイクロカロリメータ：X線の熱量計、従来の半導体
1. !"検出器よりも格段にエネルギー分解能を向上

GEO-X 計画

GEO-X 計画
科研費 特別推進研究, 都立大 重点研究,
JAXA 小規模計画に採択
都立大 HP より引用

XRISM 計画

JAXA 中型計画
カロリメータ、望遠鏡開発
JAXA HP より引用