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) 2012/11/271 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 )

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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 宇宙 X 線の 50 年： (1) 2012/11/271 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

2 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 2 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」

3 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 3 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

4 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 4 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)

5 2c. Sco X-1 の光同定 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 5 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

6 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 6 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 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） 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

7 3b. 「てんま」シンポジウム＠定光寺 (1984) 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 7 小田蓬茨 西村 山上長瀬 宮本 近藤 松岡 槙野 田中田中 早川 山下 三好 奥田奥田 杉本 中村 卓 藤本m藤本m 花輪花輪 太師堂太師堂 高原f高原f 高原 m 福江福江 鶴田鶴田 戎崎 佐藤 修 宮路宮路 大橋 常深常深 牧島牧島 満田満田 小山小山 田原田原 井上 河合河合 國枝國枝 紀伊紀伊 伊藤伊藤 村上村上 北本北本 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。

8 ４ a. 歴代のＸ線天文衛星 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 8 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 日本日本 米国米国 欧州欧州 ソ露ソ露 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-2 SAS-3 ANS ( 蘭 ) Ariel-5 ( 英 ) Ariel-6 ( 英 ) EXOSAT (ESA) ROSAT ( 独 ) Copernicus ( 米英 ) Uhuru OSO-7 OSO-8 HEAO-1 Einstein Rossi XTE Swift NuSTAR Chandra BeppoSAX ( 伊 ) XMM-Newton (ESA) INTEGRAL (ESA+ 露 ) ASTRON Mir/Kvant GRANAT Cosmic X-ray Share with γ-ray etc. Space Station Japanese Solar M-3C M-3SM-3S II M-5 理研が参加 理研が主導

9 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 9 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

10 4c. 理研での X 線観測装置の開発 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 10 360 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。

11 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 11 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 (10 6-9 M ◎ ) 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 (10 7-8 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〜 10 16 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

12 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 12 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。

13 6b. X 線で見た宇宙の姿：加速に迫る 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 13 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、 ~10 13 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〜 10 16 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。

14 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 14 7. 現在から未来へ 2012/11/27 理研 100 ＋ 50 シンポジウム 14  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