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牧島 一夫 理化学研究所 宇宙観測実験連携研究グループ

東京大学 理学系研究科 物理学専攻 同 ビッグバン宇宙国際研究センター

宇宙 X 線の 50 年： (1)

2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム

はくちょう

てんまあすか すざく

ASTRO-H (2014 年予定 )

ぎんが

HETE-2

MAXI

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1. 今から 100 年前：宇宙線の発見

1912 、 Hess は気球に乗り、宇宙から放射線が降り注いでいることを発見。宇宙線 = 宇宙のどこかで加速された陽子など。加速源は今もって謎。

仁科博士以来、理研の物理学研究の重要課題の１つ。

有馬元理事長：「宇宙線は天啓である」小柴博士：「宇宙線は貧乏人の加速器」

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1895 年、レントゲンがＸ線を発見。1949 ：独から押収した V-2 号ロケットによ

り太陽Ｘ線が検出 ( 米 ) 。 X 線は大気で吸収。

1962 ：ロケット実験により宇宙からのＸ線（ Sco Ｘ -1 ）が発見される。

1970 ：アメリカが世界初の宇宙Ｘ線衛星「ウフル」打上げ。本格的な研究が始まる。

レントゲン夫人の手のＸ線写真

小田稔 元理研理事長R.Giacconi, 2002 年に小柴博士とともにノーベル物理学賞を受賞

2a. 今から 50 年前： X 線天体の発見

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Thin Win.

Thick Window

月 地磁気の方向

N E S W N 予期せぬ現象を見逃さなかった著者たちは偉大。

論文では以下の驚くべき発見が述べられた：

1. 「たぶん太陽系外の源」からのＸ線放射 ⇒ Sco X-1, 最初の中性子星 　　

2. 宇宙Ｘ線背景放射

3. はくちょう座領域の銀河面からもＸ線超過

ロケットのペイロード

2b. Sco X-1 の発見June 1962 (Giacconi+62, Phys.Rev. Lett. 9, 439)

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2c. Sco X-1 の光同定

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当時、Ｘ線放射機構として考えられたもの(e.g. 早川＋松岡 63 ； 会津 , 藤本 , 長谷川 & 竹谷 64)

小田先生と、すだれコリメータ

宇宙線陽子

宇宙線電子

π→μ→e原子から叩き出された電子

SNR など星間高温ガス

•シンクロトロン•逆 Compton•非熱的制動放射•蛍光輝線熱的制動放射

XR size ＜ 20”; Gursly.. 小田 +66 ApJL

光学同定：まず岡山、次にPalomar. Sandage, .. 小田 ,大沢 , 寿岳 +66 ApJL

どれも diffuse!

宇宙線物理学から天文学へ

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3a. 理研における研究の系譜

仁科研

播磨研

長岡研

研究員湯川秀樹

朝永振一郎

リニアック加速器基盤

RIBF 仁科

センター

松岡勝 (1986

-1999)

和田雅美 (1973-1985)

石原正泰

(1985-

1986)

山崎文男 (1952-1959)

宮崎友喜雄 (1959-1973)

牧島(2001-2009)

( 不正確な部分や省略した部分はご容赦下さい）

基幹研

玉川准主任

サイクロトロン

宇宙線研

放射線研

宇宙放射線研宇宙線

X 線天体物理学

理研は、宇宙線と宇宙 X 線の両方に実績をもつ日本唯一の組織

MAXIチーム

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3b. 「てんま」シンポジウム＠定光寺 (1984)

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小田蓬茨西村

山上 長瀬

宮本

近藤

松岡

槙野

田中

早川

山下 三好

奥田

杉本

中村卓

藤本m

花輪太

師堂

高原f

高原m

福江

鶴田

戎崎

佐藤修

宮路

大橋

常深

牧島

満田小

山

田原

井上河合

國枝

紀伊

伊藤

村上北

本

本日の講演者＋座長

宇宙線、宇宙線⇒ X 線、 X 線、 X 線⇒宇宙線 , … 　多くの交流。これら参加者の〜 1/5 は理研に (客員も含め )在籍歴あり。　

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４ a. 歴代のＸ線天文衛星

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1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

日本

米国

欧州

ソ露

はくちょう てんまひのとり

ようこう ひのでMAXIぎんが

あすか すざく ASTRO-H

HETE-2SAS-3

ANS (蘭 )Ariel-5 (英 )

Ariel-6 (英 )

EXOSAT (ESA)ROSAT ( 独 )

Copernicus ( 米英 )

Uhuru

OSO-7 OSO-8HEAO-1

Einstein

Rossi XTE Swift

NuSTARChandra

BeppoSAX (伊 )

XMM-Newton (ESA)

INTEGRAL (ESA+露 )

ASTRONMir/Kvant GRANAT

Cosmic X-ray Share with γ-ray etc. Space Station Japanese Solar

M-3C M-3S M-3S II M-5

理研が参加

理研が主導

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R. Giacconi と小田稔 (1972)

内之浦で「てんま」打上げの指揮を執る田中靖郎(1983)

「はくちょう Widows 」（ 1980 ）

⇦日英協力による大面積比例計数管の「ぎんが」への組み込み( 背中は牧島 ; 相模原 , 1986)

⇧「あすか」 GIS を封じ切る大橋隆哉 ( 東大、 1991)

井上夫人 松岡夫人

牧島の家内

田中夫人

4b. アルバムより

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4c. 理研での X 線観測装置の開発

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360 mm

MAXI ガススリットカメラ用の位置感度型比例計数管（フィンランドの企業と共同開発； 2009 打ち上げ )

世界初のガンマ線バースト専用衛星 HETE-2 (2000 年打上げ；詳細は河合さん講演 )

2005 年打ち上げの「すざく」硬 X 線検出器では、アクティブシールド部を担当。

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5. X 線観測 50 年の成果可視光で見る「悠久静謐な eVオーダーの宇宙」から「激しく

変動する＞ keV の動的宇宙」へ、人類の宇宙観を革新した。

1. ブラックホール (Cyg X-1) の実在を立証した (’70s〜’ 80s) 。

2. 多くの銀河の中心に、巨大ブラックホール (106-9M◎) が存在し、その放射の重畳が X 線背景放射であることを立証 (’80~’00s) 。

3. 宇宙の最優勢バリオンは、星ではなく、銀河団の高温 (107-8

K) プラズマであることを発見 (‘70s) 。誰も想像だにしなかった。

4. 太陽を含むほとんどの星が、表面温度より３桁も高温な超高温のコロナをもつことを発見した (’70s〜’ 80s) 。

5. 中性子星の半径が〜 10 km であることを実証した (‘80s) 。6. 超新星残骸、宇宙ジェット、回転駆動パルサーなどで、実際に荷電粒子が〜 1016 eV まで加速されていることを立証した(‘90s) 。

7. 天体の元素組成を精測し、元素合成シナリオを実証(’90〜’ 10s)

牧島が勝手に選んだ 50 年間の七大成果

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6a. X 線でみた宇宙の姿：高温宇宙

親分No.2

銀河たち

可視光とＸ線で見た銀河団

可視光

同じ銀河団を、 X 線で見た画像。暗黒物質の重力で閉じ込められた大量の高温プラズマが、 X 線を放つ。

「ひので」衛星が X 線で見た太陽の全面画像

太陽表面から顔を出した磁場中に高温プラズマが加熱され、閉じ込められる。

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6b. X 線で見た宇宙の姿：加速に迫る

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X 線で見た 1006 年の超新星残骸

1995 年に小山勝二（京大）らは「あすか」を用い、東西の明るいリムが、 ~1013 eV の電子が出すシンクロトロン放射であると見抜いた。

X 線で見た「かに星雲」の姿

この 1054 年の超新星残骸は中心に活発なパルサーを擁し、そこからの相対論的パルサー風が周囲で衝撃波を作り、粒子を〜 1016 eV まで加速。全体がシンクロトロン放射で光る。

宇宙線の加速現場で２次粒子として発生する X 線は；1. 宇宙線（荷電粒子）と異なり、宇宙磁場で曲げられない。2. 親の高エネルギー粒子より圧倒的多数数⇒測定精度が高い。

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7. 現在から未来へ

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2005 年に打ち上がった、深く狭い「すざく」 ( 理研参加）と、 2009 年に誕生した、浅く広い MAXI ( 理研主導 ) が、優れた相補性を発揮し、世界をリード中。

2011 年に世界初の硬 X 線撮像衛星 NuSTAR ( 米 ) 打上げ ( 理研限定参加 ) 。

「すざく」後継機 ASTRO-H を建造中。

- 2014 年の打上げ予定 , 0.3-600 keV.- 「すざく」を大きく凌ぐ感度。- 日本は総力戦、理研を含む~25 機関 .

- 広範な国際協力。 NASA,ESA, カナダ他

宇宙 X 線の偏光計測も準備中 (玉川講演 ) 。

今後にぜひご期待を。

ASTRO-H