「すざく」衛星の成果
立教大学理学部
北本俊二

目次
 Ｘ線天文衛星「すざく」
 拡散Ｘ線に強い「すざく」
 硬Ｘ線に強い「すざく」

 宇宙高温ガスに迫る
 地球周辺からWHIMまで

 コンパクト星の中心に迫る ブラックホールと中性子星

 宇宙の粒子加速領域に迫る
 まとめ

Ｘ線天文衛星「すざく」
2005年７月１０日
ISAS/JAXA-NASA

Ｘ線天文衛星「すざく」

Ｘ線天文衛星「すざく」
 ＸＩＳ


4台のCCDカメラ
 FI

３台
 BI １台
 大面積
 高エネルギー分解能
 低バックグラウンド

XIS:低エネルギーで高いエネルギー
分解能

XIS：低バックグラウンド

Ｘ線天文衛星「すざく」
 ＨＸＤ
 広帯域
 PIN

12-70 keV GSO 50-600 keV
 低バックグラウンド
 小さいFOV（0.5x0.5)

HXD:低バックグラウンド

Ｘ線天文衛星「すざく」
 10keV以下
 拡散成分には最高の感度とエネルギー分解能

 10keV以上 最高の感度宇宙高温ガスに迫る
宇宙高温ガスに迫る
 地球周辺からWHIMまで

 Line Diagnostics
 放射機構に迫る
 元素組成比を求める（ガスの起源に迫る）

 Thermal/non-thermal ?

1 keV

0.1 keV
Intra Clusters

WHIM

Thermal/non-Thermal?

ThermalGalaxies

GC/Ridge

Reflection Thermal/non-Thermal

Thermal/non-Thermal

ISM/SNRs

Massive Star Clusters

Local Hot Bubble

Solar System(Earth/Comets)

Thermal/non-Thermal

Thermal,Reflection?

ThermalCharge Exchange

10 keVSolar Wind Charge-Exchange
X-ray Emission（Fujimoto et al. 2006 PASJ）
 mysterious Soft X-ray Emission by ROSAT LTEs (Long Term Enhancement) Snowden et al. (1994)

 Soft X-ray Emission from Comets by ROSAT

４ｐ−１ｓCVI ４ｐ−１ｓ： ４５９eV
Strong Evidence of Charge Exchange

２ｐ−１ｓSuzaku でＮＥＰ(north ecliptic pole)を観測

Fujimoto et al. 2006 PASJ

Massive Star Clusters
 Massive Stars:
 SNRｓ Violent Stellar Wind
 Shock/collisions

 ＡｒｃｈｅｓＣｌｕｓｔｅｒ
 Ｃａｒｉｎａ Nebulae M17ηCarinae （Hamaguchi et al. 2006 PASJ)XMM

SUZAKU0.2 keV, 0.6keV & 5 keV Thermal -> Abundance Study
N/O<0.4 l : not the wind from early type stars
but from multiple SNRs?
NNorthOSouthη Ｃａｒｉｎａｅ（Sekiguchi et al. Preliminary/Hamaguchi et al. 2006, PASJ)
Strong NLine

大質量星近傍ではNの過剰Ａｒｃｈｅｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ ;Tsujimoto et al. 2006 PASJ
6.25−6.55keV
6.25-6.5 keV

７．５−１０keV
7.5-10.0keV

6.55-6.85 keV
Thermal Emission＋6.4 keV line + Hard
Reflection & Scattering?

 Diffuse

M17

Soft Component （Hyodo et al. Preliminary)ｋT~0.25 keVAbundance; 0.1~0.3
NH~4x1021

Galactic Center Iron Line Spectroscopy <~5eVの精度でエネルギーを決定 He-like Fe Ka=6679(+1.3,-0.9) eV Collisional Excitation(6685eV)
 (cf. Electron Capture (6666eV)ではない）Line Mapping で反射星雲、SNR?

Galaxies/Clusters(Fronax Cluster ・NGC １４０４)
 Abundance Determination

Matsushita et al. 2006 PASJ

Fornax Cluster （Matsushita et al. 2006,PASJ)

元素分布を精密決定

ＷＨＩＭの観測
Takei et al. 2006 PASJ
 A2218(z=0.1756)の周辺のwarm-hot intergalacticmediumの探索
 missing baryons
 105~7K

 赤方偏移した高電離酸素(OVII, OVIII)の探索

ＷＨＩＭの観測 BG(offset region)の観測
 Local Hot Babble (LHB)
 Milky Way halo (MWH) CXB

ＷＨＩＭの観測 A2218(z=0.1756)の周辺(3’-8’ region) BG+ HotGas (Intra Cluster Gas~6keV)
 この中でOVII, OVIII line (z=0.1756) (WHIMからの放射) 探索 （488.22, 555.99 eV)

ＷＨＩＭの観測
 上限値

Z −5−3 nH < 7.8 × 10 cm  0.1Z ⊗  Z nHδ=< 270nH
 0.1Z ⊗ −1 / 2−1 / 2

 L 

 2 Mpc  L 
 2 Mpc −1 / 2−1 / 2

コンパクト星の中心に迫る 1.中性子星の磁場
 サイクロトロン吸収構造

 2.降着円盤に診断（特に low/hard state) コロナの温度
 円盤の構造中性子星の磁場
 Eres~11.6 (B/108T) keV
 A0535+26（Terada et al. ApJ, 2006)
 Her X-1 (Terada et al.2006)
Her X-1 : Crab ratio中性子星の磁場
 低高度でエネルギー高：表面磁場を反映
 ある光度でTransition?

Terada et al. 2006, ApJ: cf, Nakajima et al. 2006

ブラックホール候補星のステート
 High/Soft State
主成分；標準円盤コンプトン散乱された成分？
up to MeV?
標準円盤モデル

鉄輝線?

Comptonization of Soft Photons
From cool accretion disk?
反射成分

Poutanen & Coppi 1998

ブラックホール候補星のステート
 Low/hard State
100keV当たりが主成分
Thermal Comptonization

Thermal Comptonization

Cold？？

Hot標準円盤モデル反射成分

Geometry?, Relection?, Temperature?
Poutanen and Svenson 1996, ApJ, 470, 249-268

反射成分
Compton Reflection
Component

Cyg X-1の場合

R ~ 0.3Ω
R=2π

降着円盤の診断
 GRO J1655-40 (Takahashi et al. 2006; PASJsubmitted)
 Cyg X-1 (Kubota et al.)

「すざく」による降着円盤の診断
GRJ1655-40

「すざく」によるＧＲＯＪ１６５５−４０ の観測
Takahashi et al. 2007(PASJ submitted)〜２００ keVの折れ曲がり
電子温度、反射成分
低エネルギー側での別成分（スタンダード降着円盤 ~0.2 keV ~30 km)
後半/前半
後半÷前半

反射成分

Ω~０．０５−１．０ （Preliminary)「すざく」によるCyg X-1 の観測
Kubota et al. preliminary

6.吸収線
Ｕｅｄａ ｅｔ ａｌ． １９９８「あすか」で発見

6.吸収線


Kotani et al. 2000
「あすか」で発見

GRS J1915-105
ＢＨ，SuperliminalMotion
 i~70度

6.吸収線
 Ｕｅｄａｅｔ ａｌ． ２００１
 ＧＸ１３＋１
 NS, i:不明

Diaz-Trigo et al. 2006, A&A, 445, 179
たくさんのLMXRB（Dipping source) で吸収構造あり

6.吸収線
 Inclination の大きい系で吸収が見つかる

Ｊ１６５５−４０ i~70i~70
 GRS J1915-105
i~不明
 ＧＸ１３＋１
 ＧＲＯ

 降着円盤の外側?内側？のコロナ？
 光電離「すざく」による降着円盤の診断
4U1630-47
Kubota et al. 2006 PASJ

「すざく」による降着円盤の診断
 鉄の吸収線構造
 X1630-47 Kubota et al. 2006 PASJ He-like, H-like Blue shift ~1000km s-1
 ξ=L/(nr2), optical depth Radius (Photo ionization)
 (0.2-5)x1010 D102cm

 Density ~1012 D10-2cm-2「すざく」による降着円盤の診断
 GROJ1655-40(Takahashi et al. 2007) No narrow line
 吸収線はすべて
 High/Soft State inclination の大きいもの

 Low/Hard State では見えない １６５５−４０（有意に小さい） High/Soft state: 70~120 eV
 Low/Hard state: <20 eV「すざく」による降着円盤の診断
 High/Soft State

Low/Hard State？
No (Thin) Wind?
ADAF?
Violent Motion?
スタンダード的な降着円盤の存在？

AGN

AGN

宇宙の加速領域に迫る
 １．大質量星
 ２．SNR ３．HESSSourcesNon-thermal Component Search 大質量星ηCar （LBV) （Sekiguchi et al. Preliminary) Carina Nebura （Hamaguchi et al. 2006, PASJ)ηCar: ５．６yr Binary
Wind-Wind collision −＞ Non thermal comp?

Non-thermal Component Search

SNRs
SN1006 (Koyama et al. 1995)
 Diffusive Shock 加速Synchrotron emission

Radiative loss by synchrotron emission

TeV electron の存在 常時加速Non-thermal Component Search inyoung SNRs

Non−ｔｈｅｒｍａｌＥｍｉｓｓｉｏｎｓ
ｆｒｏｍ Young SNRs

加速領域の特定

熱的放射

非熱的放射

Un-identified TeV Sources
Significance Map of the HESS Galactic plane survey
HESSCherenkov Telescope
E>200GeVImaging Technique
Galactic Plane Survey(500 pointing, 230hr)

Namibia 1800m above sea level

TeV sources

TeV ガンマ線Sources
HESS J1616-508
Ahoronian et al. 2006, ApJ 636, 777-797

TeV ガンマ線Sources
HESS J1616-508

Syncrotorn emission(if IC by TeV elecltron) Suzaku: No detection
 High LTeV/Lx

 proton origin (π0 decay)

Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ． ２００６、ＰＡＳＪ in press

TeV ガンマ線SourcesHESS J1804-216

Black: 20cmm RADIO
white; ROSATSNR G8.7-0.1

Ahoronian et al. 2006, ApJ 636, 777-797

TeV ガンマ線Sources
HESS J1804-216

Bamba et al. 2006 PASJ in press

Possible Counterpart Search
 HESS J 1616-508 (Matsumoto et al, 2006, PASJ)
 No bright X-ray souce

 HESS J 1804-216 (Bamba et al. 2006 PASJ) Possible diffuse source

まとめＸ線天文衛星「すざく」
 10keV以下
 拡散成分には最高の感度とエネルギー分解能
 太陽系内からWHIMまで

 10keV以上 最高の感度 宇宙の加速領域
 コンパクト星や極限領域に迫る

J.M.Miller et al. 2006, Nature
 GRO J1655-40
 Chandra HETGS X-ray absorbing wind must be powered by amagnetic process

GRO J1655-40
7.0Mo BH + F3IV~F6IV (2.3Mo) 2.6day orbital period
inclination of 67-85 (nearly edge-on)
L=3.3x1037 erg s-1 (d=3.2kpc)(4% Eddington limit of 7Mo)

90 absorption lines (＞５σ）
Lines show blue-shifts in the 300-1600 km s-1
Spectra contain no strong emission lines

幅は〜３００km sec-1