X線計測が拓く新宇宙像ー超新星で辿る過去と現代

Presentation on theme: "X線計測が拓く新宇宙像ー超新星で辿る過去と現代"— Presentation transcript:

1 X線計測が拓く新宇宙像ー超新星で辿る過去と現代
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　京都大学理学研究科　小山勝二 　始めに：宇宙X線の 計測　（Suzaku/XIS/X線CCD) 高感度、低バックグランド、　撮像、分光能力がほしい。 X線望遠鏡の焦点面検出器、X線CCDカメラ。 ©CSR/MIT CCDカメラ（XIS) CCD素子

2 X線CCDの原理 1mm 宇宙線(広がる) X線 CCD バックグランド除去
半導体検出器(SSD)を(百万個）並べた素子。信号はバケツリレー で送る　：千回の転送で１個も電子を落とさない　（電荷転送非効率） X線CCDの原理 光電吸収 1画素(24μm) 50－70μm 空乏層 1画素 3画素 2画素 電極 (不感層) 　　　Gate(珪素) 絶縁膜 (二酸化珪素） 　　　　空乏層　(珪素) 1mm X線CCDのX線イベント（実物） 　電子雲 X線 宇宙線(広がる) CCD X線イベント バックグランド除去

3 かなりのNXB (～98%) を落とせる。 超新星残骸E0102のFI観測の例 全グレード 4.7x105cts

4 電荷転送非効率： 打ち上げ後、放射線損傷により、ゲインが下がる、
電荷転送非効率：　打ち上げ後、放射線損傷により、ゲインが下がる、 　 　　　　　　　　　　　　（電荷が失われる）:：　エネルギー分解能が悪くなる　。 55Fe Mn Kα 55Fe Mn Kα中心Pulse Height

5 電荷注入による性能回復（犠牲電荷法)： 電荷注入の様子 時間 人口的に電荷を注入して格子欠陥（トラップ）のホールを電子で埋める 転送方向
X線イベント 電荷注入の様子 転送方向 注入電荷 転送方向 時間 注入電荷

6 実際の天体による実証 ゲイン、分解能の回復 XIS0 Segment B 高電離（He状）FeのKα線 赤: 電荷注入適用
黒: 電荷注入なし 高電離（He状）FeのKα線 XIS0 Segment B 分解能 (FWHM) 157+/-4 eV 205+/-6 eV

7 本題：超新星爆発とは SN1987A (左下）：可視光 その後の２０年 (下）：X線 超新星残骸の研究 　　進化：時間発展を 　　たどることが重要

8 藤原定家 明月記(国宝) 日本最古の天文学“論文 ” Teika Fujiwara, 1230, Meigetsuki Vol 52
藤原定家　明月記(国宝) Teika Fujiwara, 1230, Meigetsuki Vol 52 日本最古の天文学“論文 ” Crab Nebula 1054 3C58 1182 SN1006

9 日本史と現代宇宙物理学を散歩する 明月記にある超新星記録とその時代を代表する文化遺産と現代宇宙物理学的意義
一條院寛弘3年（SN 1006）-アルプスの山々をすりぬけた超新星-「すざく」XISはSN 1006が人類史上もっとも明るかったこと、宇宙の加速器であることを証明した。この加速器が湯川の中間子を実証した？ 当時は、枕草子（清少納言）：長保3年（1001年）～寛弘7年（1010年）、源氏物語： （1008年脱稿）、紫式部日記（～1010年）。だがどの日記にもSN1006の記録はない。 真夜中で両人共にぐっすり寝こんでいた？ (2) 後冷泉院天喜2年(かに星雲)-これは中心に中子星をのこした。現代高エネルギー宇宙物理学の教科書的な存在である。 当時は左大臣に関白道長の子の教通、右大臣に弟の頼宗。 (3) 高倉院治承5年の客星（3C58）-Ｘ線観測から冷えすぎた中心星をみつけた。これはクォーク星かもしれない。 当時は平家物語の世界。　高倉院と小督の悲恋の物語、徳子（建礼門院）も宮中（雲井）に見たかもしれない。「思いきや 深山の奥に住まいして雲井の月をよそに見んとは」。　　

10 3C58 (1181) 高倉院 治承五年 六月廿五日 庚午 戌時 客星見北方 近王良 守伝舎星 クォーク星か 王良 (Oh-Ryo)
Chandra image of 3C58 日本では2ヶ月ほど、中国では半年ほど見えていた。 王良 (Oh-Ryo) Cassiopeiaβ 伝舎 (Densya) = Camelopardalis

11 かに星雲 (1054) 後冷泉院 天喜二年 四月中旬以降 丑時 客星觜参度 見東方 孛天関星 大如歳星 天関 (Tenkan)
かに星雲 　(1054) 後冷泉院 天喜二年 四月中旬以降 丑時 客星觜参度 見東方 孛天関星 大如歳星 天関 (Tenkan) Taurusζ 觜, 参 = Orion

12 SN1006 一條院 寛弘三年 四月二日 葵酉 夜以降 騎官中 有大客星 如螢惑 光明動耀 連夜正見南方 或云 騎陣将軍星本体 増変光
騎陣将軍 (Kijin-Shogun) Lupusκ 騎官 (kikan) SN1006のみが「大客星」という表現が用いられています。 いかに大きく、明るかったかがわかります。 Chandra image of SN1006

13 明るさの記録 （感覚的で明らかに誇張がある？）
　　　　　　　超新星SN1006の千年紀 　記録からは史上最高の明るさ？ 　南天（観測に不利）：世界中の記録：３０ 　参考　かに星雲　北天（観測に有利）：１０　 　　明るさの記録　（感覚的で明らかに誇張がある？） ○中国：　　　地上の物がはっきり見えた（５日の月-8.5等級） ○エジプト:　1/4の月より少し明るかった ○シリア:　　月のようだった。 ○イラク:　　月のようだった ○イエメン:　水面がぎらぎら輝き太陽のようだった ○スイス:　　目がくらむようだった　（アルプスの山々をかすめる） 　　　　 参考　金星-4.6等級 : 　満月 -12.6等級

14 中国の記録 宋会要輯稿 宋史天文志 五月一日(1006年5月30日)司天監言 先四月二日(５月１日)夜初更，見大星，
色黄，出庫楼東、騎官西，漸漸光明， 測在氐三度。 宋史天文志 景徳三年四月戊寅（５月６日）， 周伯星見，出氐南騎官西一度， 状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物， 历庫楼東，八月，随天轮入浊， 十一月，復見在氐。

15 日本の記録：明月記 藤原定家 (1162-1241) が過去の記録をまとめる。 実際に観測し、 記録したのは 安倍吉昌 (?-1019)
清明の次男・陰陽頭 如螢惑：火星のようだった

16 大極殿 朱雀大路　 朱雀門 定家邸 羅生門 Kyoto City Map in ~AD1200 小椋池

17 1006年5月1日、深夜京都の南天

18 56Coの半減期 Ia型（核暴走型）：標準光源：絶対等級（極大） = -19.5等級 距離 = 7100光年 = 2.2kpc
記録から再現した光度曲線 56Coの半減期 　視等級 1006年５月１日からの日にち Ia型（核暴走型）：標準光源：絶対等級（極大） = -19.5等級 距離 = 7100光年 = 2.2kpc  視等級 = -8.5等級

19 １０００歳の記念写真から、何がわかったか？ １．史上最も明るい超新星だったことを科学的に裏付けた （核暴走型＝Ia超新星だった）
ネオン 珪素 X線の強度 硫黄 アルゴン 酸素 鉄 マグネシウム カルシウム X線のエネルギー

20 Reverse shock (early heating) 2. Ejecta2: Reverse shock (late heating)
\ 1. Ejecta1 : Reverse shock (early heating) 2. Ejecta2: Reverse shock (late heating) 3. ISM : Forward shock Ejecta 1 Ejecta 2 C O Ne Mg Si S Ca Fe Large Si, S Large Ca, Fe (Nomoto el al. 1984)

21 衝撃波における粒子加速 （フェルミ加速） 宇宙線加速の起源 最大　　　1020　eV 　　　　　　1013 eV 　　　　　　までは 　　　　　　分かった

22 2. 超高エネルギー粒子の加速がわかった 動く壁の間で「ピンポン 玉が跳ね返る ピンポン玉が早く跳ね返る 玉は早くスピードが増す
2. 　超高エネルギー粒子の加速がわかった shock 動く壁の間で「ピンポン 玉が跳ね返る ピンポン玉が早く跳ね返る 玉は早くスピードが増す

23 シンクロトロン放射であることを確認した。
最高電子エネルギー　1013eV (at B= 40 μG)

24 2007/7/4 毎日新聞 （朝刊）

25 飛鳥時代 キトラ古墳

26 キトラ古墳天井画 宇宙線を加速する超新星 飛鳥時代:世界最古の正確 AD393の痕跡を「あすか」 な星図 (BC65+-数100年
　　　　　北緯　38-39度) 宇宙線を加速する超新星 AD393の痕跡を「あすか」 衛星が発見 超高エネルギーの 電子がだすシンク ロトロンX線放射 Koyama et al.

27 もくろみはあえなく敗退 キトラ古墳星同定図 北緯；38-39 度 時代：BC65年 +- 数100年 （高句麗の平城あたり、飛鳥、
長安、洛陽、開封は　34-35度） 時代：BC65年 +- 数100年 もくろみはあえなく敗退