No.274
2004.1

極限状態の物理を探る

ISASニュース 2004.1 No.274 


- Home page
- No.274 目次
- 新年のごあいさつ
特集:日本の宇宙科学の近未来
- 特集にあたって
- 理学と工学のスクラムで
- ミッション計画
- これまでの成果
- これまでのミッション
- 進行中のミッション
- 宇宙理学の目指すもの
+ 極限状態の物理を探る
- 宇宙の構造と成り立ちを探る
- 太陽系の環境を知る
- 太陽系形成の歴史を探る
- 宇宙工学の目指すもの
- 「はやぶさ」は今
- まとめにかえて
- 編集後記

- BackNumber

高エネルギー天文学の将来計画

 人類はこれまで,宇宙空間に出ることにより,地上では開けることのできない,新しい「宇宙を見る窓」を広げてきた。その中で,X線に代表される高エネルギー天文学は,ダイナミックな高エネルギー現象・極限状態の物理現象が,宇宙に満ちていることを明らかにしてきた。銀河の中には,星の進化の最終段階としてのブラックホールや中性子星,さらに銀河中心には巨大なブラックホールが存在し,ばく大な重力エネルギーを解放している。また,数千万度にもなる高温ガスが,銀河の中のみならず,銀河の集団,銀河団の数百万光年にわたる広大な空間に,広く存在していることが分かったのである。

 これらの探査にもかかわらず,宇宙には未知の物質やエネルギー形態がいまだに存在し,かつそれらが,宇宙の進化を語る上で無視できない量であることが示唆されている。これらを明らかにし,今ある多様な宇宙がどのように作られてきたのかを知ることは,今後の高エネルギー天文学の重要な使命の一つである。このために,われわれは新しい観測装置・観測手法を開発してきており,国際的な協力と競争の中で研究をリードしていきたいと考えている。

 現在,われわれが提案しているNeXT(Non-thermal energy eXploration Telescope)計画は,多層膜スーパーミラーとハイブリッド型X線撮像検出器という,日本で育った新しい技術によって,10keVから80keVという硬X線の帯域で,これまでと比較してけた違いに優れた感度と精度を実現する。宇宙最大の重力エネルギー解放である銀河団形成において,重力と平衡に達した物質は,数千万度の高温ガスとなって軟X線で明るく輝く。しかしその際に,熱平衡から逆に離れ,重力エネルギーを何けたも超えるような巨大なエネルギーを獲得する粒子が実は数多く存在することが,最近の電波や硬X線の観測から示唆されるようになってきた。このような高エネルギー粒子の生成現象は,例えばわれわれの銀河系内でも,超新星残骸の周辺など,さまざまなところで起きていると考えられ,その総エネルギーもまた,宇宙において無視し得ない割合を占めると予想される。10-80keVの硬X線は,このような非熱的な粒子からの放射に対して,最も感度が高いため,これまで観測が困難であった非熱的な現象への扉を開く。NeXTによって,われわれは宇宙の巨大加速器の加速機構と,熱平衡から離れる物質とそれが担う自由エネルギーの総量,そしてそれらが宇宙の進化に果たす役割を明らかにする。この成果を踏まえて,2010年代中後期には,欧州を中心とする研究者との協力によりXEUS(X-ray Evolving Universe Spectroscopy)計画を実現し,宇宙で最初の巨大ブラックホール形成や宇宙初期の銀河団形成を観測し,高エネルギー宇宙の形成史を,その初期から明らかにしたい。

 これらの大型計画と並行して,目的を絞ったタイムリーな計画を短い時間に実現する新しい手段として,小型計画も議論されている。例えば,DIOS(Diffuse Ionized Oxygen Surveyor)プロジェクトでは,NeXTでも使用予定の新しいテクノロジーで,広視野かつ高エネルギー分解能のX線観測を行う。現在の宇宙論によれば,原子など宇宙の普通の物質(バリオン)の大半は,実はまだ観測にかかっていないと予言される。DIOSは宇宙に広く分布するであろう「未知のバリオン」からの,赤方偏移した高電離の酸素輝線を分離し,その存在を世界で初めて実証することを狙っている。

NeXT-z1
NeXT衛星は硬X線望遠鏡と広帯域撮像検出器のペアを3台搭載し,10keVから80keVの硬X線領域で,衛星としては世界で初めて撮像分光観測を行う。あわせて高エネルギー分解能の軟X線分光撮像システムと,高感度で非撮像型の軟ガンマ線検出器を搭載する。銀河団の非熱的な現象の解明は,NeXTの重要な目標の一つである。


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