X線天⽂衛星「ひとみ」を打ち上げるH-IIAロケット30号機

JAXA

はじめに1/17

多くの方々に支えられ、研究・開発を行ってきました。一部ですが、ご紹介します。お世話になった全ての方々に深く感謝申し上げます。
☆ 大学院時代からご指導いただいている牧島一夫先生☆ 長年研究他の相談に乗っていただいている山田真也先輩☆ 研究員時代に支えていただいた玉川徹先生、秋山正幸先生☆ ブラックホールの共同研究者であるChris Done先生☆ 本賞にご推薦いただいた松本浩典先生、上野宗孝先生☆ 「ひとみ」HXI/SGD 開発チーム & SXS 開発チームの皆さま☆ XRISM Xtend 開発チーム、サイエンスチームの皆さま
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

NGC 5128 銀河の可視光画像 (Credits: ESO)

NGC 5128 銀河 可視光と同じ領域のX線画像 (credit: NASA/CXC/SAO)JAXA/NASA

X線放射の成分 ~独自の解析手法~

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SMBHが吸い込む量に応じてX線強度が時間変動 è 利用して成分分解
X線ライトカーブ

53–10 keV

4320.5–3 keV

1000.80.60.4

20 40 60 80 100 120 140 160 180
観測開始からの時間 (ksec)

代表的なAGNMrk 509

数時間で変動する
高Eまで伸びる成分+数日で変動する
低Eで卓越する成分

カウント−カウントプロット
一次関数
y = ax + b
傾き a0.2

0.1keV 2 (Photons cm −2 s−1 keV −1 )60.8–1 keV Count Rate (counts/s)

Count Rate (counts/sec)

7

時間平均スペクトル

切片 b0.01
001
2
時間平均X線スペクトル

変動の速い放射3–10 keV Count Rate (counts/s)

AGNエンジンには異なるX線放射源が複数共存 (Noda et al. 2011, 13ab, 14)

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

10-3

10-4Fe-Kα &反射成分

変動の遅い放射1210Energy (keV)40

X線源の配置・幾何 ~X線−可視光モニタ~ 5/17

可視光フラックス密度(mJy)

X線フラックス(10-11 erg s-1 cm-2)

4google

X線が可視より~2日先行

3
2
1
0-1

「すざく」(JAXA/NASA)

2
1.5
10.5
0-0.5
56300

56400

56500

56600

修正ユリウス日変動の激しいAGN NGC 3516

56700

56800

北海道大学大学院付属天文台

広島大学/東広島天文台

X線が可視光を放射する物質を照射して連動

東京大学 木曽観測所

高温X線源 (電子温度~108-9 K)
がより低温の物質 (~104 K)と隣接 (Noda et al. 2016, 23)
兵庫県立大学/西はりま天文台
第15回 宇宙科学奨励賞
授賞式東京工業大学/東大宇宙線研明野観測所

AGNエンジンの描像

中心部を横から見た概念図
暖かい 高温X線源
降着円盤 X線源
銀河からの物質
SMBHkeV2(Photons cm-2 s-1 keV-1)≈(credit) ESO/CARS survey

10-46/17

逆コンプトン散乱
逆コンプトン散乱

黒体放射(可視光/UV)

物質が多波長の放射を生成しながらSMBHに飲み込まれる描像を確立
è 宇宙科学の様々な重要課題に波及

10-3

Noda & Done (2018)

0.01

10.1
Energy (keV)
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

10100103

JAXA

開発に貢献した「ひとみ」搭載装置

硬X線撮像検出器 HXI (5−80 keV)
軟ガンマ線検出器 SGD (60−600 keV )硬X線・軟ガンマ線

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X線マイクロカロリメータ
SXS (0.4−12 keV)
エネルギー分解能~5 eV @ 6 keV

半導体検出器シンチレータASTRO-H press kit

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

ASTRO-H press kit

衛星装置の熱設計① ~熱輸送・放射~

9/17☆ 地上装置では不要な設計も必要 è 伝導/放射で温度制御する「熱設計」☆ 放っておくと半導体検出器が+50℃ を超える。熱雑音で信号検出不可…
新たな熱部材を加え設計 è 熱解析と熱真空実験で検証 (Noda et al. 2014)
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

(-273.1 ℃)

ASTRO-H press kit

JTシールド (~4.2K)

50 mK

内部シールド (~25K)

メインシールド (~260K)

センサー温度

外部シールド (~120K)

衛星装置の熱設計② ~冷凍機・極低温~

機械式
冷凍機

熱センサ
Heタンク
機械式
冷凍機

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He排気管
機械式
冷凍機

カロリメータ Dewar の構造☆ 冷凍機でシールド冷却。熱をHe蒸発で持ち去り温度を安定化☆ Heは常に超流動状態が要求。しかし打上時、冷凍機+蒸発を止める…
熱解析で打上時の温度条件/制御を精密に決定 è 打上成功の鍵に
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

打ち上げ時の予測と実測温度

11/17

1.6

1.6

1.5

1.5

1.4

1.4

1.33025252020

1.3

1515

1.2

1.2

1010

1.1

1.1

55

高い精度で温度予測に成功

内部シールド温度 (K)110050 50
4545404035353030

2525200モデル計算
軌道上実測

2010 2010

JTシールド温度 (K)30

030 40 0 40
020180 180

20 30

冷凍機の微調整244668810

101212244668810

101212

外部シールド温度 (K)He タンク温度 (K)地上試験・打上運用に全面参加。 精緻な熱数学モデルを構築 (Noda et al. 2018)

160 160

断熱消磁冷凍機のリサイクル

140 140120 12002244668810

打ち上げからの時間 (日)1012

100 10012020

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

打ち上げからの時間 (日)「ひとみ」衛星の打ち上げ

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JAXA
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

「ひとみ」精密X線分光による成果

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Hitomi collaboration (2016, 2018), Credit: JAXA/Ken Crawford (Rancho Del Sol Observatory)

AGNのFe-Kα輝線 (6.4 keV) を初精密分光
è エンジンへの燃料供給源に新たな理解

しかし、打上から約一ヶ月後に姿勢系のトラブル。運用終了となった…
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

JAXA

XRISM搭載検出器の開発の主導
視野

エネルギー
分解能@ 6 keV

エネルギー
帯域

2.9’ □Resolve(カロリメータ)

7 eV(goal 5 eV)

0.3–12 keV

38’ □< 200 eV

0.4–13 keV

XRISM
搭載検出器

JAXA
© NASA/GSFC

15/17

Xtend(X線CCD)☆ 「ひとみ」が果たせなかった様々な天体の観測に向け「精密分光」を確固たる手段にペルセウス座銀河団
同領域画像の比較☆ 現在、Xtend開発の主要機関である大阪大学
にてX線CCD開発をリード☆ 「ひとみ」から最小限の変更で、性能を高める設計変更。改めて評価が必要

林田他天文月報

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

X線CCD検出器単体の開発を完遂

16/17☆ フライトCCD測定系を構築。フライト素子選別と地上較正を主導☆ 現在は衛星中にマウント。衛星上での性能評価を順調に進めている

XRISMの成功に向け、全力で完遂したい

第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式

最後に
X線CCDカメラ (SXI)

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現在 (2018~)

X線マイクロカロリメータ (SXS) 研究員時代「ひとみ」JAXA

硬X線撮像検出器 (HXI)
軟ガンマ線検出器 (SGD)(2014~2018)

院生時代(2009~2014)☆ 「ひとみ」(+ XRISM) の4種類の装置全ての開発に携わったのは私くらい。貴重な機会と経験に、心から感謝いたします。
☆ 来年度打上予定のX線天文衛星XRISMの成功に向け全力を尽くす。
さらに将来の天文衛星の開発にも貢献したい。
☆ 開発した装置を駆使して巨大ブラックホールや活動銀河核の理解を深め、今後の宇宙科学の発展に貢献したい。
第15回 宇宙科学奨励賞 授賞式