XX線天文学の将来計画線天文学の将来計画

世界の状況と日本の戦略

國枝秀世

ISAS/JAXA

目次

現在稼働中の衛星とその成果Chandra, Newton

準備中の計画と期待される成果SWIFT, Astro-E2, MAXI, GLAST

提案中の計画とその戦略NeXT, Con-X, XEUS

現在稼働中の現在稼働中のXX線天文衛星線天文衛星

Chandra(1999年７月打上)空間分解能 0.5秒角有効面積 800cm2(1keV),200 cm2(6 keV)回折格子 透過型。E/dE~1000 (E

稼働中の衛星の性能比較稼働中の衛星の性能比較

Chandra NewtonNewtonChandra

Energy 分解能(E/∆E at 6 keV)

あすか

有効面積(at 6 keV)

空間分解能

波長域(E/10 keV)

Chandra/Newtonが明らかにしたこと I

１秒角を切る、これまでにない

超高分解能撮像観測からX線背景放射の起源天体の分離

Chandra衛星によるCXB観測結果

点源探査

> 10-15 erg/sec/cm2背景放射の90-95%を説明

暗くて硬いX線源多数検出

Chandra/Newtonが明らかにしたこと I

１秒角を切る、これまでにない

超高分解能撮像観測からX線背景放射の起源天体の分離

銀河中心の活動性（反射星雲、ジェットなど）

銀河中心核に照らされてX線で輝く分子雲

我が銀河中心

Chandra/Newtonが明らかにしたこと I

１秒角を切る、これまでにない

超高分解能撮像観測からX線背景放射の起源天体の分離

銀河中心の活動性（反射星雲、ジェットなど）

パルサーからのJetの動きを実写（蟹星雲）超新星残骸のフィラメント／塊分離

銀河内の点源の分離（中質量BHの確認）

Chandraの見た超新星残骸かに星雲 超新星残骸Cas A

円環磁場＋Jet

塊ごとに元素集中

超新星1987A

100MsunBlackHole?

中質量BH

Chandra/Newtonが明らかにしたこと I

１秒角を切る、これまでにない

超高分解能撮像観測からX線背景放射の起源天体の分離

銀河中心の活動性（反射星雲、ジェットなど）

パルサーからのJetの動きを実写（蟹星雲）超新星残骸のフィラメント／塊分離

銀河内の点源の分離（中質量BHの確認）

Chandra/Newtonが明らかにしたこと II

回折格子による高い波長分解能

(λ/dλ~1000 @ 1 keV）点源の輝線／吸収線構造

周辺物質の電離状態、運動解明

統計の良い撮像スペクトル観測

銀河団の撮像分光により詳細な温度構造

CFを止めるエネルギー源の必要性

銀河団のX線強度／温度分布可視光 ROSAT軟X線

ComaCluster

ASCA温度分布

軟X線分布 Newton 温度分布

A2256

Chandra/Newtonが明らかにしたこと II

回折格子による高い波長分解能

(λ/dλ~1000 @ 1 keV）点源の輝線／吸収線構造

周辺物質の電離状態、運動解明

統計の良い撮像スペクトル観測

銀河団の撮像分光により詳細な温度構造

CFを止めるエネルギー源の必要性

熱い宇宙の構造と機構を深めた

準備中の準備中のXX線観測衛星とその目的線観測衛星とその目的

Astro-E2（日＋米） 2005年1-2月打上げ高分解能分光による運動学

101

102

1 10

有効面積(

)

X線エネルギー (keV)

Astro-E XRS

XMM RGS

ChandraLEG

ChandraHEG

ChandraMEG

Fe-K

分光

器の

有効

面積

(cm

2)

X線Energy(keV)

高分解能分光

CCD

Fe-K

RF

XRS

Astro-E2 XRSの波長分解能

100

101

102

103

0 2 4 6 8 10

分解

能(E

/dE

)

Energy(keV)

Astro-E(XRS)AXAF(HEG)

AXAF(LEG)

XMM(RGS)

CCD

ASCA(GIS)

PC

1000km/s

10000km/s

ドッ

プラ

ー効

果で

分か

る速

度(k

m/s)

波長分解能の比較

輝線によるプラズマ物理学電離状態、密度、温度Doppler shiftによる速度場

2004年３月22日天文学会特別セッションAO 2004年６月頃

2005年に

稼働中の衛星の性能比較稼働中の衛星の性能比較

Energy 分解能(E/∆E at 6 keV)

有効面積(at 6 keV)

波長域 (E/10 keV)

Astro-EII

Chandra NewtonNewtonChandra

空間分解能

準備中の準備中のXX線線観測衛星とその目的観測衛星とその目的

Astro-E2（日＋米） 2005年1-2月打上げ高分解能分光による運動学

Swift（米＋日＋欧） 2004年5月γ線バーストモニター

MAXI（日ISS） 2007年トランジェント天体の全天モニター

GLAST（米＋日） 2007年GeVγ線観測

目的を特化した衛星群

日本の日本のXX線天文学線天文学これからの戦略これからの戦略

熱的世界から非熱的世界へ

平衡から遠ざかる進化初期宇宙の量子ゆらぎから密度、エネルギーが数十桁も違う非平衡で多様な宇宙

非熱的分布を持つ高エネルギー粒子熱的分布からの逸脱エネルギー非等分配宇宙全体の

全エネルギーに占める割合

非熱的宇宙の手がかり非熱的宇宙の手がかり II

Energy (keV)

2 105 20 10050

10 keV

熱的成分

可視光像 銀河質量 M

高温ガス(10**7-8度K) 質量５M

軟X線像

非熱的成分

銀河団（銀河10-1000個の集団）

熱的成分を上回る膨大な非熱的成分が

隠れている

Energy (keV)

Cou

nts/

s/ke

v/cm

2 /arc

min

2

SN1006

超新星残骸の非熱的成分超新星残骸の非熱的成分

非熱的成分の手がかり非熱的成分の手がかり IIII

SN 1006

非熱的宇宙の手がかり非熱的宇宙の手がかり IIIIII

背景放射の

スペクトル全天の全ての時代の点源の重ね合わせ？

大質量ブラックホールと宇宙の進化の歴史

強い吸収を受けた

活動的銀河核（巨大ブラックホール）

透過力の強い

10keV以上で探索

数十keVのハンプ宇宙X線背景放射

NeXTNeXTの目指すサイエンスの目指すサイエンス

熱的放射の支配的な

熱い宇宙から未知の非熱的世界へ

宇宙における非熱的エネルギー

総量の割合

宇宙における加速機構の解明

非熱的粒子を創り出す

加速のメカニズムを探る

宇宙の進化の解明吸収に隠された

X線背景放射の本質を明らかに（大質量ブラックホール？）

NeXTNeXTの戦略の戦略

硬X線(>10 keV)では非熱的成分が主役撮像で加速の現場を解明

高感度で非熱的成分を定量的に決める

硬X線撮像宇宙における

非熱的エネルギー総量の割合

非熱的成分の上限を検出

スペクトルの振る舞いから

非熱的成分の放射機構を探る

軟ガンマ線高感度観測軟ガンマ線高感度観測 宇宙における加速機構の解明

エネルギーの元になる運動を検出

熱的／非熱的現象の分岐

加速の現場を特定

ドップラー効果で

高分解能分光撮像高分解能分光撮像 宇宙の進化の解明

ASCA(CCD)Astro-E2(XIS/XRS) Astro-E2(HXD)

軟X線高分解能分光観測

カロリメータアレイ検出器

硬X線撮像観測

多層膜多層膜スーパーミラースーパーミラー

広帯域広帯域撮像検出器撮像検出器

軟ガンマ線高感度観測

狭視野コンプトン望遠鏡

日本発の観測技術で、今、世界をリードする

熱化熱化 加速加速

運動、乱流、衝撃波

高温プラズマからの

熱的放射

0.5 keV 10 keV

高エネルギー粒子からの

非熱的放射

80 keV 1MeV

II. 未踏の波長域に踏み出す

NeXT搭載機器 I

多層膜スーパーミラーPt/C d=25-70Å

n=30-100

HXT ３台口径 ５０cm焦点距離 １２mSXT １台口径 ５０cm焦点距離 ９m

0.5＜E＜80keV750 cm2 at 30 keV

多重薄板高効率望遠鏡

硬X線撮像

CdTe ピクセル型検出器

（透過型） CCD カメラ軟 X線撮像

0.5-80keVまでの広帯域撮像検出器

マッシュルーム型吸収体の構築 TES型

カロリメータアレイ

冷凍機（冷媒無し）20 mK

軟X線高分解能分光器NeXT搭載機器 II

軟ガンマ線検出器

Compton散乱からγ線到来方向の決定

＋井戸型アクティブコリメータ

12m F. L.(HXT)

広帯域撮像

検出器３台

軟X線分光器

１台

軟γ線検出器 打上希望2010年1-2月

MーVロケット軌道 550km、θ=31°

軟X線望遠鏡１台

硬X線望遠鏡

３台

9m F. L.(SXT)

伸展式光学台

III. 衛星システム概要

期待される観測感度

天文学の新展開への寄与天文学の新展開への寄与

NeXTNeXTの切り拓く高エネルギー天文学の切り拓く高エネルギー天文学

銀河団の非熱的成分の探査活動的銀河核の放射／X線背景放射

非熱的エネルギー総量加速機構の解明

宇宙の進化の解明星のフレアに伴う硬X線放射と粒子加速連星Ｘ線パルサーの電子サイクロトロン吸収銀河リッジ/バルジからの硬X線放射わが銀河中心超新星残骸の非熱的成分（超新星残骸の44Tiラインの探査）ジェットの放射機構Radio loud AGNと radio quiet AGN の違い電波ローブからの逆コンプトン放射

LLAGNの超広帯域スペクトル (ADAFか？)Seyfertsの連続成分を正確に決めてdisk lineに決着ULXやM82 X-1のハード成分

硬X線天文台として新しい波長域で

様々な天体を解明

原子から原子核へ

2121世紀の世紀のXX線天文衛星計画線天文衛星計画

硬X線天文学を切り拓く

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17

稼働中衛星

ISAS/JAXAmissions

国際共同計画ISS missions

MAXIXEUS -1

Constellation-X

Chandra

Newton

Astro-E2

GLASTGeV-γ線

全天モニタ

NeXT国際大型衛星計画で大きく展開

提案中の計画とその戦略提案中の計画とその戦略

硬X線天文学を切り拓く

00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17

稼働中衛星

ISAS/JAXAmissions

国際共同計画ISS missions

MAXIXEUS -1

Constellation-X

Chandra

Newton

Astro-E2

GLASTGeV-γ線

全天モニタ

NeXT国際大型衛星計画で大きく展開

Constellation-X計画(米)

４台同じ衛星

多層膜硬X線望遠鏡

Cd(Zn)Te硬X線撮像検出器

カロリメータ軟X線望遠鏡

焦点距離10m

宇宙の涯をめざして

X線で初期宇宙を探る巨大国際ミッション -- XEUS --

検出器衛星（日本担当？）

望遠鏡衛星

X線望遠鏡

HardX-ray感度

ステーション上で XEUS-II 組上

Altitude 600 kmInclination 51.6 deg

2015年 2025年

Science of the post Chandra and Newton era

Broad energy band 10 keV < E

High resolution spectroscopy 1000 < E/dE

Large area 105 cm2 < S

High spatial resolution marcsecEarly Universe

Acceleration of high energy particles

Dynamics and abundance in the Universe Constellation-X

XEUS

NeXT

Geometry around Black holes MAXIM

知られざる非熱的宇宙を探る

硬X線と言う新たな波長域日本独自の革新的観測技術

世界の高エネルギー天文学をリードする

NeXTNeXT計画計画

新機構の新たな宇宙科学を切り拓くミッション

宇宙航空研究開発機構 全国の大学・研究機関

12m F. L.(HXT)

広帯域撮像

検出器３台

軟X線分光器

１台

軟γ線検出器 打上希望2010年1-2月

MーVロケット軌道 550km、θ=31°

軟X線望遠鏡１台

硬X線望遠鏡

３台

9m F. L.(SXT)

伸展式光学台

III. 衛星システム概要

X線天文学の将来計画目次現在稼働中のX線天文衛星稼働中の衛星の性能比較Chandra/Newtonが明らかにしたこと IChandra衛星によるCXB観測結果Chandra/Newtonが明らかにしたこと I我が銀河中心Chandra/Newtonが明らかにしたこと IChandra/Newtonが明らかにしたこと IChandra/Newtonが明らかにしたこと II銀河団のX線強度／温度分布Chandra/Newtonが明らかにしたこと II準備中のX線観測衛星とその目的高分解能分光Astro-E2 XRSの波長分解能稼働中の衛星の性能比較準備中のX線観測衛星とその目的日本のX線天文学これからの戦略非熱的宇宙の手がかり I非熱的成分の手がかり II非熱的宇宙の手がかり IIINeXTの目指すサイエンスNeXTの戦略II. 未踏の波長域に踏み出すNeXT搭載機器 INeXT搭載機器 IIIII. 衛星システム概要天文学の新展開への寄与NeXTの切り拓く高エネルギー天文学21世紀のX線天文衛星計画提案中の計画とその戦略Constellation-X計画(米)宇宙の涯をめざしてX線望遠鏡ステーション上で XEUS-II 組上Science of the post Chandra and Newton eraIII. 衛星システム概要