目的

宇宙の中でも高温でかつ激しい活動領域からは、線を中心に多量 のエネルギー放射が行われています。中性子星やブラックホールに極めて近い領域、あるいは超新星残骸、銀河や銀河団など、「激しく活動している」宇宙の本質を知るためにエックス線観測が欠かせません。

エックス線は、0.1から100オングストローム（１オングストロームは１ミクロンの１万分の１）程度の波長を持つ、電磁波の一種です。光子１個あたりの持つエネルギーでいうと0.1から100キロ電子ボルト程度になります。宇宙からやって来る宇宙Ｘ線は、地球をとりまく大気のために吸収されたり散乱されたりするため、地上で観測する事ができません。そのためにロケットや人工衛星を使って大気圏外で観測することが必要です。

「あすか」衛星は、宇宙からのＸ線の写真をとると同時に、Ｘ線光子一つ一つのエネルギー（波長）を高い精度で測定する事ができます。普通 の光と同様にＸ線にも波長の違い、つまり「色」があります。「あすか」衛星は、波長の長い「赤」から波長の短い「青い」Ｘ線までの色鮮やかなカラーの動画を撮ることができます。特に、世界ではじめて、宇宙の奥深くまでみることを可能にする「青い」X線(2から10キロ電子ボルト)で宇宙Ｘ線源を撮像できる能力を実現しました。この特徴をいかして、次のような目的で観測が行われています。

ネオン、マグネシウム、ケイ素、イオウ、鉄などの重い元素は、生命が誕生するために大切な元素です。これらの元素は「ビッグバン」の初期には存在しなかったもので、進化した星の中心で作られ、超新星爆発によって宇宙空間にばらまかれたと考えられています。これらの重元素が非常に高温に熱せられているような場所では、それぞれの元素はＸ線の領域でエネルギーの決まったラインスペクトル(特性X線)を示します。「あすか」は、これまで不可能だったエネルギー分解能と感度でこの特性X線を検出することで、宇宙の進化過程においてこれらの重い元素の形成がいつどこで行 われたかを解明する事ができます。

ブラックホールの存在は、一般相対性理論の正しさを検証する重要なカギです。また、人類が追い求める謎の一つでもあります。ブラックホールへ大量 の物質が流れ込み、それらの重力エネルギーが解放されてＸ線で明るく光っていることも良く知られるようになりました。Ｘ線は、数千万度から１億度というような超高温の場所にあるガスから放出されます。ブラックホールの非常に近くでは、このような超高温の世界が展開されていると考えられるのです。「あすか」のＸ線検出器は、最高１０キロ電子ボルトでの高いエネルギーのＸ線を検出することができため、これまでに観測できなかったような領域からのＸ線放射を研究することができます。またこのような高いエネルギーのＸ線は、透過力が強いため、Ｘ線を出す領域が厚いガスに覆われているような場合にも、くぐり抜けてきたＸ線を観測する事で、その内部の状況を研究することができます。

地上には、非常に高いエネルギーの宇宙線がふりそそいでいます。中には、1個の粒子あたり16ジュールという想像を絶するエネルギーに達するものもあります。宇宙には、こうした宇宙線を作り出す「巨大加速器」が存在し、その中で粒子が加速されて高いエネルギーを持つと考えられています。こうした加速現象は、宇宙のさまざまな場所で起きると信じられています。にもかかわらず、加速がどこで起きるかについては、そのメカニズムと同様ほとんど分かっていません。「あすか」衛星の撮像能力を利用し、非熱的なＸ線放射領域を探査することで、こうした加速の場所をつきとめる事ができると期待されます。

１９３０年代以来、宇宙には私たちが電磁放射を観測できる物質の５から１０倍にも達する「ダークマター（暗黒物質）」と呼ばれる物質が存在することが示唆されています。ダークマターの本性を説明することは、現代科学のもっとも重要な問題のひとつです。例えば銀河が集団となっている銀河団では、１千万度から１億度の高温ガスの中に銀河が浮かんでいます。Ｘ線でしか見えない高温ガスの質量 は、可視光で見えている構成銀河の質量の3倍ほどもあります。このような高温ガスを銀河団の中に閉じこめているのは、ダークマターによる重力だと考 えられています。このようにダークマターが集中的に分布しているところには、Ｘ線を集め放射する高温のガスが存在すると考えられています。「あすか」は、これまで不可能だった精密さで、どのような環境にどれくらいの量 のダークマターがあるかを、銀河・銀河団からのＸ線放射を観測することによって決定することができと考えられています。

Ｘ線背景放射は、空のあらゆる方向からやってくる、強くて見かけは一様なＸ線放射です。特に「青い」Ｘ線の強度が強いため、見慣れた天体からの「赤みがかった」Ｘ線放射の重ねあわせでは説明できません。したがって、この放射がいったい何ものなのかという問題が、長い間の謎となっていました。最近では、背景放射は、これまでわかっていなかった、宇宙の初期に生まれた遠くの天体からやってくるＸ線放射の重なりではないかという考え方が注目されてきています。「あすか」は、この説明が正しいかどうかを確かめる決める観測を打上げ前から大きな目標としていました。

宇宙観測の進歩にもかかわらず、最初の恒星や銀河がどこでどのようにできたかは検証されていません。したがって「あすか」の傑出した検出感度を利用して、銀河団や活動的な銀河の中心部を見つめることによって、そうした天体の進化を理解する事をめざしています。