宇宙X線の50年:(1)
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
MAXI
HETE-2
はくちょう
ぎん
が
てんま
すざく
ASTRO-H
(2014年予定)
理研100+50シンポジウム
1
あすか
2012/11/27
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」
2012/11/27
理研100+50シンポジウム
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2a. 今から50年前:X線天体の発見
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
(ScoX-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。
R.Giacconi, 2002年に小
柴博士とともにノーベ
ル物理学賞を受賞
2012/11/27
レントゲン夫人の
手のX線写真
小田稔 元理研理事長
理研100+50シンポジウム
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2b. Sco X-1 の発見
June 1962 (Giacconi+62, Phys.Rev. Lett. 9, 439)
ロケットの
ペイロード
Thick
Window
Thin
Win.
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
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2c. Sco X-1 の光同定
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)
原子から叩き出された電子
π→μ→e
•シンクロトロン
•逆Compton
宇宙線電子
•非熱的制動放射
•蛍光輝線
SNRなど
星間高温ガス
熱的制動放射
宇宙線陽子
小田先生と、
どれもdiffuse!
すだれコリメータ
XR size<20”; Gursly..小田+66 ApJL
宇宙線物理学から天文学へ
光学同定:まず岡山、次に
Palomar. Sandage, .. 小田,
大沢, 寿岳+66 ApJL
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理研100+50シンポジウム
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3a. 理研における研究の系譜
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
長岡研
仁科研
研究員
湯川秀樹
朝永振一郎
放射線研
リニアック
サイクロトロン
RIBF
加速器基盤
播磨研
宇宙線研
山崎文男
(19521959)
セ
ン仁
タ科
ー
玉川
准主任
宇宙放射線研 MAXI
宮崎 和田雅美 石原 松岡勝 牧島 チーム
正泰 (1986- (2001友喜雄 (1973(1959- 1985) (1985- 1999) 2009) 基
幹
1986)
1973)
研
(不正確な部分や省略した部分はご容赦下さい)
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理研100+50シンポジウム
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3b. 「てんま」シンポジウム@定光寺(1984)
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。
田奥
原田
伊
藤
鶴
槙野 田
小
山
高
太
原f 福
師
江
堂
國
枝
河
合
紀
伊
北
本
花
輪
常
深
田 早川
高原中 村
m
杉本
上 宮本
藤
本
m 宮
路
牧
島
満
松岡
田
井上
中村 佐藤
卓
山下
修
三好
西村
近藤
大橋
山上
蓬茨
小田
戎崎
長瀬
本日の講演者+座長
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理研100+50シンポジウム
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理研が主導
4a. 歴代のX線天文衛星
Share with γ-ray etc.
Cosmic X-ray
1970
1975
日
本
1980
1985
1990
はくちょう てんま ぎんが
Space Station
1995
2000
EXOSAT (ESA)
Copernicus (米英)
ROSAT (独)
ANS (蘭)
Ariel-6 (英)
BeppoSAX (伊)
Ariel-5 (英)
Einstein
HEAO-1
M-3C
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Swift
Rossi XTE
ASTRON
Mir/Kvant
M-3S
2015
ASTRO-H
NuSTAR
Chandra
欧
州
ソ
露
2010
HETE-2 ひので
Uhuru
OSO-8
2005
MAXI
ようこう
米
国
OSO-7
Japanese Solar
すざく
あすか
ひのとり
SAS-3
理研が参加
XMM-Newton (ESA)
INTEGRAL (ESA+露)
GRANAT
M-3S II
理研100+50シンポジウム
M-5
8
4b. アルバムより
「はくちょうWidows」(1980)
牧島の
家内
田中夫人
松岡夫人
井上夫人
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)
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⇦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)
理研100+50シンポジウム
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4c. 理研でのX線観測装置の開発
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)
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)
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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理研100+50シンポジウム
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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。
牧島が勝手に選んだ50年間の七大成果
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)
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理研100+50シンポジウム
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6a. X線でみた宇宙の姿:高温宇宙
「ひので」衛星がX線で
見た太陽の全面画像
可視光とX線で見た銀河団
銀河たち
親分
No.2
可視光
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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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。
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6b. X線で見た宇宙の姿:加速に迫る
X線で見た「かに星雲」の姿
X線で見た1006年の超新星残骸
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。
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。
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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。
理研100+50シンポジウム
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7. 現在から未来へ
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。
ASTRO-H
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。
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理研100+50シンポジウム
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宇宙X線 の50年(1) - maxi