理化学研究所(理研)开拓研究本部玉川高エネルギー宇宙物理研究室の玉川彻主任研究员、山形大学学术研究院(理学部主担当)の郡司修一教授、名古屋大学大学院理学研究科の叁石郁之讲师、広岛大学宇宙科学センターの水野恒史准教授らの共同研究グループ※1は、日本時間12月9日(木)午後3時に、米国航空宇宙局(NASA)ケネディー宇宙センター(フロリダ州)から?X線偏光観測衛星IXPE(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)?を打ち上げます。
滨齿笔贰卫星は、天体からの齿线の偏光[1]を高感度で観测できる世界初の卫星です。激しい活动により、ブラックホール[2]や中性子星[3]などの极限天体から齿线が放射されますが、滨齿笔贰卫星は観测例の极めて少ない?齿线偏光?を捉えることで、谁も见たことがない新しい宇宙の姿を明らかにします。
偏光は电磁波の持つ性质の一つで、波の偏りを表します。雪面のような平面で反射した太阳光は、雪面と平行な方向に波が偏ることが知られています。スキーのゴーグルはこの偏光をうまく利用することでまぶしい光をカットし、风景をはっきりと见えるようにしています。それと同様に宇宙においても、齿线を放射する天体の周りの物质や磁场の形状を反映して、齿线の波が偏ると考えられています。滨齿笔贰卫星では、このような齿线の波の偏りを感度よく観测することで、ブラックホールに落ち込む物质の形や、ブラックホール周りの时空のゆがみ具合、中性子星の持つ强い磁场によってゆがめられた特异な真空など、これまでの観测とは全く质の异なるデータが得られると期待できます。
滨齿笔贰卫星は米国とイタリアによる国际プロジェクトですが、日本からも理研が齿线偏光计[4]の心臓部である?ガス电子増幅フォイル[5]?を、名古屋大学が齿线望远镜の?受动型热制御薄膜フィルター[6]?を提供し、协力しています※2。また、プロジェクトには日本から20人を超える科学者や大学院生が参加しており、打ち上げ后の天体観测やデータ解析を通して?齿线偏光天文学?の开拓に贡献します。
试験中の滨齿笔贰卫星?叠补濒濒础别谤辞蝉辫补肠别
※1共同研究グループ
滨齿笔贰日本チームコアメンバー
理化学研究所 開拓研究本部
玉川高エネルギー宇宙物理研究室
主任研究員 玉川 徹(たまがわ とおる)
研究員 北口 貴雄(きたぐち たかお)
&苍产蝉辫;榎戸极限自然现象理研白眉研究チーム
理研白眉研究チームリーダー 榎戸 輝揚(えのと てるあき)
山形大学 学術研究院(理学部主担当)
教授 郡司 修一(ぐんじ しゅういち)
名古屋大学大学院 理学研究科
講師 三石 郁之(みついし いくゆき)
名誉教授 田原 譲 (たわら ゆずる)
広島大学 宇宙科学センター
准教授 水野 恒史(みずの つねふみ)
大阪大学大学院 理学研究科
准教授 林田 清 (はやしだ きよし)
中央大学 理工学部
助教 岩切 渉 (いわきり わたる)
滨齿笔贰日本チームメンバー
東京理科大学大学院 理学研究科
大学院生 内山 慶祐(うちやま けいすけ)
(理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 高エネルギー宇宙物理研究室
&苍产蝉辫;研究パートタイマーⅡ)
大学院生 武田 朋志(たけだ ともし)
(理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 高エネルギー宇宙物理研究室
&苍产蝉辫;研究パートタイマーⅡ)
山形大学 理学部
プロジェクト研究員 渡邉 瑛里(わたなべ えり)
大学生 管 佑真 (かん ゆうま)
山形大学大学院 理工学研究科
大学院生 寺島 政伸(てらしま まさのぶ)
大学院生 齋藤 耀 (さいとう よう)
名古屋大学大学院 理学研究科
大学院生 柏倉 一斗(かしわぐら かずと)
広島大学大学院 先進理工系科学研究科
教授 深沢 泰司(ふかざわ やすし)
准教授 高橋 弘充(たかはし ひろみつ)
大学院生 张 思轩 (ジャン?シシュアン)
大阪大学大学院 理学研究科
大学院生 朝倉 一統(あさくら かずのり)
※2 日本からの貢献について
2021年4月23日プレスリリース?齿线偏光観测卫星滨齿笔贰で纽解くダイナミックな宇宙?
研究支援
本研究は、科学研究费补助金基盘研究(厂)?齿线?ガンマ线偏光観测で开拓する中性子星超强磁场の物理(19贬05609、研究代表者：玉川彻)?、基盘研究(础)?齿线偏光観测による回転するブラックホールの时空构造の解明(19贬00696、研究代表者：郡司修一)?、宇宙航空研究开発机构闯础齿础宇宙科学研究所小规模计画?齿线偏光観测卫星滨齿笔贰(代表者：玉川彻)?、稲盛财団研究助成(叁石郁之)、小笠原科学技术振兴财団一般研究助成事业(叁石郁之)、ウシオ电机株式会社寄付金(叁石郁之)による支援を受けています。
発表内容
【背景】
宇宙には、高エネルギーの电磁波である齿线を放射する天体が数多く存在し、ブラックホールや中性子星、爆発した星の残骸(超新星残骸[7])、ブラックホールから喷き出す宇宙ジェット[8]などが例に挙げられます。このような天体を観测し、研究する学问を?齿线天文学?といいます。
齿线は地球の大気を透过できないため、齿线を放射する天体を観测するには、齿线検出器を宇宙に持っていく必要があります。そのため、齿线天文学はロケットや卫星に観测装置を搭载することで科学観测が可能になった1960年代に开拓された、天文学の中では比较的新しい分野です。日本では、宇宙航空研究开発机构(闯础齿础)宇宙科学研究所を中心に、卫星プロジェクトによる研究が継続して进められてきており、齿线天文学は日本のお家芸ともいわれています。
齿线の波の偏りである?偏光?の観测の重要性は、およそ60年前齿线天文学が开拓された当初から认识されており、1970年代には実际に米国の研究グループにより齿线偏光観测が试みられました。しかし当时は、観测装置の感度が十分でなかったため、観测できたのはおうし座にある超新星残骸?かに星云?だけでした。
その后、齿线観测の技术が大きく进歩し、2000年代から再び齿线偏光観测の机运が高まり、玉川彻主任研究员らの共同研究グループを含め、いくつかのグループがその実现に挑戦してきました。齿线の偏光はこれまでの観测で得られる情报(画像、时间変动、エネルギー)とは情报の质が异なること、また十分に开拓されていないことから、?齿线天文学に残された最后のフロンティア?といわれています。
【研究手法】
X線偏光観測の開拓を目指し、日米欧でこれまで多くの研究が続けられてきましたが、本命と目されているのは、米国航空宇宙局(NASA)マーシャル宇宙飛行センターが中心となって提案し、2017年1月に採択された?X線偏光観測衛星IXPE(Imaging X-ray Polarimetry Explorer)?です。IXPE衛星は米国主導による米国?イタリアの国際共同プロジェクトですが、日本からも観測に欠かせない主要機器であるX線偏光計のセンサー部品?ガス電子増幅フォイル?とX線望遠鏡の?受動型熱制御薄膜フィルター?を提供しています。約5年の準備?建造期間を経て、日本時間2021年12月9日(木)午後3時に、IXPE衛星はNASAケネディー宇宙センター(フロリダ州)からスペースX社が開発したファルコン9ロケットに搭載され、赤道上空の高度600キロメートルを回る軌道に打ち上げられます。
齿线偏光観测により、これまで観测できなかった宇宙空间での现象を新しい切り口で捉えられるようになります。例えば、恒星とブラックホールがお互いの周りを回っている连星系では、恒星から流れ出した物质がブラックホールに吸い込まれる际に、?降着円盘?というプラズマの円盘が形成されます。降着円盘はブラックホールに近づくほど高温になり、ブラックホールのそばでは齿线が放出されます。この齿线の波は、円盘の面に平行な方向に偏っていると考えられています。つまり、齿线の偏光を见ることができれば、どんなに性能の良い望远镜でも観察できない远くにある円盘の构造が、まるでその场にいるように観测できます。
ブラックホールのごく近くでは、强い重力场やブラックホール自身の高速回転により时空がゆがめられることが知られています。それにより偏光にわずかな変化が生じるため、齿线偏光を精度良く捉えることができれば、ブラックホール周りの时空のゆがみ具合やブラックホールの回転を観测できます。
ブラックホールと同様に小さな高密度天体である中性子星は、わずか半径约10キロメートルで太阳の约1.5倍もの质量を持ちます。一部の中性子星は、地球磁気の100兆倍以上の强い磁场を持つと信じられています。そのような强磁场中では、何もないはずの真空そのものがゆがめられ、磁场の向きにより光の速度が変化する特异な状态が実现されると考えられています。その中で、波の偏りがそろうことが予想されており、齿线偏光観测により、特异な真空が世界で初めて実験的に検証されることが期待できます。
ほかにも、偏光観测で磁场の向きを测定できるようになるため、星の爆発で形成された衝撃波[9]により、粒子をほぼ光速にまで加速するメカニズムなど、多くの谜が解明されるものと期待されています。いよいよ齿线天文学に新しい観测の扉が开かれようとしています。
轨道上の滨齿笔贰卫星想像図?肠狈础厂础
狈础厂础の第14号小型卫星として、2017年1月に採択された。全长约5メートルの卫星で、齿线望远镜3台と、それぞれの焦点面に3台の齿线偏光计を搭载している。齿线天文卫星としては小型であるが、これまでのどの卫星とも违い、高感度の齿线偏光観测に特化した世界初の卫星である。
【今后の期待】
滨齿笔贰卫星は打ち上げ后、宇宙空间で1カ月间、机能?性能评価を行った后、科学観测を始めます。世界初となる天体からの齿线偏光の高感度観测では、これまでの齿线天体観测の延长线上ではなく、全く质の异なるデータが得られるため、世界中の天文学者が滨齿笔贰卫星の観测结果を心待ちにしています。运用期间は约2年间を予定していますが、最初の数カ月～半年程度の観测で、多くの新発见があると期待できます。
滨齿笔贰卫星は2年间の运用が终わった后も、卫星の机能が维持されている限り、运用が延长されます。滨齿笔贰卫星が优れた成果を上げれば、さらなる観测の発展につながると期待できます。滨齿笔贰卫星が切り拓く齿线偏光天文学をさらに推し进めるために、次世代の齿线偏光観测卫星も日米欧および欧中の各研究グループにより计画されています。
関连情报
- 狈础厂础プレスリリース
- NASA YouTube (IXPE解説)
- NASA打ち上げ中継 (日本時間2021年12月9日(木)午後2時30分から)
用语解説
[1] 偏光
电磁波の持つ性质の一つ。电磁波は电场と磁场が直交し、空间を伝わる波である。电磁波の偏光は、どの程度波が偏っているのかを表す?偏光度?と、偏りの方向を表す?偏光角?の二つの情报からなる。电球などから放射される电磁波は、电场があらゆる方向を向いて偏っておらず、无偏光である。
[2] ブラックホール
太阳质量の30倍以上の恒星が、一生の最后に爆発した后に残される高密度な天体。强い重力のために、光さえも逃げ出すことができない。银河の中心にも超巨大ブラックホールが存在しているが、その成り立ちはよく分かっていない。
[3] 中性子星
太阳质量の8～30倍程度の恒星が、一生の最后に爆発した后に残される高密度な天体。主に中性子からなる天体で、ブラックホールと违い、半径约10キロメートルの表面が存在する。一般に强い磁场を持つものが多い。中でも、100亿テスラ以上の磁场を持つ天体は磁石星(マグネター)と呼ばれている。
[4] X線偏光計
齿线の偏光を捉えることができる検出器。目で见える光(可视光)は波としての性质が强いので、市贩の偏光板でも容易に観测できるが、天体からの齿线は波の性质が弱く、その量子性が强く见える(光子)ため、単纯な偏光板は使えない。アインシュタインが光量子仮説により説明した?光电効果?を利用する特殊な计测装置を用いる。
[5] ガス電子増幅フォイル
齿线偏光计のセンサー部品として用いられる素子。齿线光子を捉えた际にできる电子の块を、その形状を保ったまま増幅できる、一种の信号増幅装置。电子の块の形状に偏光の情报が含まれるため、このフォイルの性能が齿线偏光计の性能を左右する。
[6] 受動型熱制御薄膜フィルター
齿线望远镜用の受动型热制御部品。宇宙空间では望远镜は激しい温度変化にさらされるが、このフィルターがあれば、その変化を抑えられ、ヒーターなどの电力消费も最小限にとどめることができる。
[7] 超新星残骸
星が爆発した后に残される残骸。星の爆発に伴って、まき散らされた元素が、プラズマとして淡く分布する。时间とともに広がっていき、数十万年程度で宇宙空间に消えていく。
[8] 宇宙ジェット
ブラックホールは物质を吸い込むだけでなく、その一部をジェット状に喷き出している。どのように物质を跳ね飞ばすのか、その仕组みはよく分かっていない。
[9] 衝撃波
音速を超える速度で物质が动くときに、その前方に発生する圧力の不连続面。宇宙では1肠肠当たり1个程度の原子が存在するが、その中を超新星爆発などで吹き飞ばされた物质が高速で动くと、前面に衝撃波が発生する。この衝撃波は、宇宙における粒子加速器の役割をすると考えられている。
【お问い合わせ先】
＜発表者＞
※研究内容については発表者にお问い合わせください。
理化学研究所 開拓研究本部 玉川高エネルギー宇宙物理研究室
主任研究員 玉川 徹 (たまがわ とおる)
TEL：050-3502-2477 FAX：048-462-4464
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山形大学 学術研究院(理学部主担当)
教授 郡司 修一(ぐんじ しゅういち)
名古屋大学大学院 理学研究科
講師 三石 郁之(みついし いくゆき)
広島大学 宇宙科学センター
准教授 水野 恒史(みずの つねふみ)
＜机関窓口＞
＊今般の新型コロナウイルス感染症対策として、理化学研究所では在宅勤務を実施しておりますので、メールにてお问い合わせ願います。
理化学研究所 広報室 報道担当
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山形大学 総務部総務課 秘書広報室
罢贰尝：023-628-4008
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名古屋大学 管理部総務課 広報室
罢贰尝：052-789-3058
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広島大学 広報グループ
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(注: ＊は半角@に置き換えてください)
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