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宇 宙 X 線 観 測 の 50 年 50 Years of Cosmic X-ray Observations

宇 宙 X 線 観 測 の 50 年 50 Years of Cosmic X-ray Observations . (C) 愛企画センター. (C) http:// www.makita.co.jp /. 宇宙Ｘ線の黎明期 (2) 基礎物理学へのインパクト Dawn of the research Impact on basic physics (3) 日本のＸ線衛星 の系譜 (4) ASTRO-H で開く未来 Japanese satellites Future with ASTRO-H.

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宇 宙 X 線 観 測 の 50 年 50 Years of Cosmic X-ray Observations

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Presentation Transcript

  1. 宇宙 X 線観測の 50 年50 Years of Cosmic X-ray Observations (C) 愛企画センター (C) http://www.makita.co.jp/ • 宇宙Ｘ線の黎明期(2) 基礎物理学へのインパクト • Dawn of the research Impact on basic physics (3) 日本のＸ線衛星の系譜(4) ASTRO-Hで開く未来 • Japanese satellites Future with ASTRO-H 牧島一夫Kazuo Makishima - 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 - 理化学研究所宇宙観測実験連携研究グループ (C) http://jcrgh.com/ 物理学会：宇宙Ｘ線50年 2012/9/12 1

  2. The Discovery of Sco X-1June 1962 (Giacconi+62, Phys.Rev. L. 9, 439) payload Mag. F. vector Moon Thick Window Thin Win. N E S W N 1. 「たぶん太陽系外」の源からのＸ線放射X-rays from a possibly extra-solar source ⇒Sco X-1, 最初の中性子星the first NS 2. 宇宙Ｘ線背景放射CXB 3. はくちょう座領域の銀河面からもＸ線超過Excess from the Cygnus region 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  3. Optical ID of Sco X-1 XR emission mechanisms considered then;(e.g. 早川＋松岡 63；会津, 藤本, 長谷川 & 竹谷 64) CR Protons knock-on e’s from atoms π→μ→e • Synchrotron • Inv. Compton • NT Bremss • Fluorescence CR electrons Int’stellar hot gas, including SNRs Thermal Bremss All diffuse! Prof. Oda and his modulation collimator XR size＜20”; Gursly..小田+66 ApJL From CR physics to astrophysics Optical ID, first at 岡山, then at Palomar; Sandage, .. 小田,大沢, 寿岳+66 ApJL 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  4. X-ray Satellites H T A-H A G S すざく ASTRO-H あすか NuSTAR Chandra てんま はくちょう Einstein ぎんが MAXI Uhuru ようこう ひので HEAO-1 Swift ひのとり Rossi XTE OSO-7 OSO-8 Suzaku Tenma ASCA Hakucho Ginga HETE-2 SAS-3 EXOSAT (ESA) XMM-Newton(ESA) Copernicus (米英) ROSAT(独) ANS (蘭) Ariel-6 (英) INTEGRAL (ESA+露) BeppoSAX(伊) Ariel-5 (英) Cosmic X-ray Space Station Japanese Solar Share with γ-ray etc. ASTRON GRANAT Mir/Kvant 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  5. From Old Album “Hakucho widows” Giacconi and Oda Y. Tanaka at Uchinoura Nishimura & Ogawara 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  6. Technological Developments 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  7. Hakucho ASCA XRT (with USA) Tenma SPC Suzaku XIS (with USA) Ginga LAC (col-lab. with UK) 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  8. ASTRO-H 「すざく」後継機、2014に打ち上げ予定 • 日本+米国NASA+欧州ESA+..の国際協力 • 軟Ｘ線ミラー＋マイクロカロリメータ:0.5-12 keV, エネルギー分解能 〜0.1% • 軟Ｘ線ミラー+ Ｘ線CCDカメラ：0.3-12 keV、40分角の広視野撮像 • スーパーミラー+ 硬Ｘ線イメジャー：5〜80 keVの撮像分光 • 軟ガンマ線検出器：60~600 keV、コンプトンカメラ 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  9. Why X-rays? gal.clusters • ガスやダストを透過High penetrating power • 低い環境バックグラウンドLow envir. background • hν〜K-shell energy ⇒ 元素分析に適す　suited for elemental analysis • 相対論的電子が好んで放射Rel. electrons often emit • いろいろな自己重力系self graf. sysでkTvir 〜Ｘ線hν • 研究テーマの多様性A large variety of research subjects galaxies glob. cl. 1010K 108 K Radius (cm) 106 K 104 K 1012 K 1024 1021 1018 1015 1012 109 106 nuclear stars black holes Jupiter Virial Temp. of Self Gravitating Systems WD Mass（M◎) NS 1015 1012 109 106 103 1 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  10. X-ray Impact on NS Physics Hakucho: many XR bursts⇒ NS radius~10 km(Inoue+81) Tenma: Verification of standard acc. disks around accreting NSs(Mitsuda+84) Ginga : Cyclotron resonances ⇒ B=(1-5)×1012 G, nuclear ferro-magnetism?(Makishima+99) ASCA: ID of the soft γ repeater SGR 1806-20 (Murakami+94) Suzaku: Evolution of wideband magnetar spectra (Enoto+10) ASTRO-H: Nuclear EoS(Talks by Hatsuda, Dotani); origin of the strong MF; QED effects 1st X-ray burst detected with Hakucho,from 4U1608-52 (Murakami+81) Suzaku spectra of compact objects 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  11. Cyg X-1 as a BH • BHは一般相対論の数少ない実証手段の１つ　BHs provide one of the few clues to the GR Opt. identified with HDE226868 The supergiant orbits every 5.6 day around .. XR flickering discovered with Uhuru (Oda+71) • Mass of Cyg X-1 > 9.5M◎ (e.g., Bolton 75)a BH ! • Current:D=1.9±0.1 kpc(Reid+11); i=27°, Mx=15±1 M◎(Orosz +11) Chandra XR image of Centaurus A • More than ~20 Galactic BHs known. • Nuclei of active galaxies have been recognized as accreting super-massive (106-9 M◎) BHs. 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  12. (Talk by Inoue) Accreting Black Holes • 降着BHは必然的にＸ線放射Accr. BHs must emit X-rays.Inner disk temp. of a standard accretion disk around a BH, accreting at η times the Eddington luminosity; GS 2000+25 with the Ginga ASM (Tsunemi+89) Soft & Hard state spectra of Cyg X-1 with Suzaku(Makishima+08,Yamada+12) Highly constant Rin(Takizawa 91) Comptonizing hot corona Standard accr. disk The X-ray measured Rin agrees with ~3Rs from binary kinematics (Ginga & ASCA: Makishima+00). 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  13. Black Holes with ASTRO-H Measuring BH spins: some BHs and AGNs exhibit apparently broad and skewed Fe-K line. Effects due to Sp/G relativity? Are they extreme Kerr BHs? Enigma of ULX objects: found in nearby spiral gal’s, can these unusually X-ray luminous objects intermediate-Mass BHs? M83 with Chandra MCG-6-30-15 with Suzaku(Miniutti+07) How to understand the central engines in BHBs and AGN 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  14. Supernova Remnants (SNRs) (Koyama+95) CasA; thermal emission in NEI with Tenma (Tsunemi+84) SN1006 with ASCA; bright synchrotron emissionsite of CR acceleration (Talk by Terasawa) Balloon Balloon Crab Nebula; pulsar wind nebula (牧島他、1981年秋物理学会講演概要集) Einstein 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  15. SNRs with ASTRO-H • Measuremens of Tiusing thermal Doppler • Expansion velocities of different elements • NT emission from a large number of SNRs • Detection of rare elements • Detailed plasma diagnostics using superb E-resolution; recombining plasmas etc.(talk by Koyama, Masai) Tyco’s SNRwith Suzaku(Furuzawa+09, Hayato+10) G359.1-0.5 with Suzaku (Ohnishi, Koyama +12) 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  16. Clusters of Galaxies in X-rays • Uhuru(1970): clusters are bright extended XR sources. • Inv. Compton emission by CR e’s from galaxies? • HEAO-1, OSO-8 : Ionized Fe-K lines ⇒hot (~108 K) intra-cl. medium (ICM) ≫ stars ⇒ huge cosmological impact • Tenma〜ASCA: Fe, S, Si, Mg, Ne,O abundances in ICM ⇒ record of cosmic nucleosynthesis • ASCA: Something suppresses ICM cooling (Makishima+01) • Suzaku: Tight u. limits on NT emission (Nakazawa+01) Ginga : Fe abun. vs. kTe(Hatsukade+89) Suzaku:Perseus Cl. (Tamura+09) Tenma :Perseus Cl. (Okumura+89) 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 kT 2 3 4 5 6 7 8 9 keV 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  17. Clusters of Galaxies with ASTRO-H • Study of galaxy vs. ICM interaction  galaxy infall, ICM heating, envir. effects on galaxies • Cosmological aspects Allen’s talk • Search for NT signals, possible UHECR source A scaling law for cosmic accelerators (Makishima 99) Galaxy light vs ICM mass ratio profiles show strong evolution (Gu, Makishima+12) 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  18. Solar and Stellar X-rays • XR obs. had already started in 1949: solar XR with V-2 rockets. • In 1960, the word “X-ray Astronomy” appeared. An all-sky X-ray image of MAXI (2009~) (c) JAXA & RIKEN • Einstein Observatory (1979): all stars emit XRs • MAXI: stellar flares may contribute to the Galactic ridge XR (Matsuoka+12) • Laboratory for non-linear plasma physics (talk by Shibata) Solar corona with Yohkoh (1991-2001) A pin-hole camera image of solar XR(Blake+62) 物理学会：宇宙Ｘ線50年

  19. Without X-ray Observations.. もし宇宙Ｘ線研究が無かりせば, 人類は.. • 星をしのぐ量の宇宙バリオンが、銀河団の高温プラズマとして存在することを、知らなかっただろう。 • ブラックホールの存在を実験的に検証できていたろうか。 • 中性子星の半径が〜10 km であることを観測的に検証することは難しかったはず。 • 超新星残骸やブレーザーで実際に激しい粒子加速が起きていることは、ここまで明確になっていなかっただろう。 • 超新星残骸、銀河、銀河団などにおける元素組成の測定は、ずっと精度が悪かったに違いない。 • 太陽コロナが磁気プラズマ現象であると断定できたか。 • ガンマ線バースト、マグネターなどの魅力的な天体現象を、知らずにいたかもしれない。 物理学会：宇宙Ｘ線50年

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