「銀河を吹き渡る風」の動きを見る

2023年6月、金沢大学から宇宙研に移ってこられました。

17年半ぶりに宇宙研に戻ってきました。X線分光撮像衛星XRISMの打上げ準備に追われ、2023年9月7日に打ち上げられた後も初期機能確認運用、ファーストライトと慌ただしく、2024年2月から定常運用に移行して、ようやく落ち着いたところです。

XRISMは、どういう衛星ですか?

XRISMは天体からやってくるX線を観測し、宇宙で起きている熱く激しい現象を調べます。私は、Resolveという日米欧国際協力の観測装置の開発に日本グループのサブPIとして携わってきました。Resolveは、X線マイクロカロリメータという検出器を絶対温度0.05度(マイナス273.1℃)という極低温に冷却することで、X線のエネルギーを高精度に測定します。それによって「銀河を吹き渡る風」の動きを見ようとしています。

銀河を吹き渡る風とは?

銀河団は数千個もの銀河の集まりですが、宇宙の初期にはそのような巨大な天体はありませんでした。銀河の小さな集まりが衝突・合体を繰り返して大きな銀河団に成長していったと考えられています。銀河団の衝突・合体に伴って、銀河団を満たしている高温ガスも混ざり合います。そうした高温ガスの動きのことです。

高温ガスが放射するX線のエネルギーをマイクロカロリメータで高精度に測定し、さらにドップラー効果によって波長が変化することを利用すると、高温ガスの動きが分かります。銀河を吹き渡る風の動きを詳しく捉えることで、銀河団がどのように成長してきたのかを明らかにする。それがXRISMの大きな科学目標の1つです。

4度目の挑戦!

2024年1月にはファーストライトで取得されたデータが発表されました。

XRISMは大マゼラン雲にある超新星残骸N132Dを観測しました。これまでは分離できなかったX線輝線の微細な構造を、しっかり分けて捉えられています。

実は、X線マイクロカロリメータによる観測は、2000年に実現する計画だったのです。ところが、ASTRO-Eは2000年に打上げ失敗、2005年打上げのASTRO-E II(すざく)は液体ヘリウムが失われて観測ができず、2016年打上げのASTRO-H(ひとみ)は衛星の姿勢制御のトラブルによって1カ月で運用終了。そして2023年、XRISMが打ち上げられたのです。4度目の挑戦でした。

この間、装置の改良を続け、エネルギー決定精度は2倍以上に、その他の性能も大きく向上しました。同じX線マイクロカロリメータを用いた観測装置ですが、ASTRO-Eとは別の装置と言ってもよいくらい進化しています。

X線からマイクロ波へ。銀河団から宇宙背景放射へ

今後どのようなプロジェクトに携わっていく予定ですか?

宇宙マイクロ波背景放射偏光観測衛星LiteBIRD計画を推進する人材の公募があり、宇宙研に戻って来ました。私はずっとX線天文衛星に携わってきましたが、LiteBIRDが観測するのはマイクロ波です。また、宇宙誕生から何十億年もかけてできた銀河団などを観測してきましたが、LiteBIRDで観測するのは宇宙誕生の38万年後に発せられた宇宙マイクロ波背景放射です。

なぜ、観測する波長も対象も違う衛星に携わることにしたのですか?

実は、LiteBIRDに搭載するマイクロ波検出器は、X線マイクロカロリメータと基本的な原理は同じです。検出器を極低温に冷却して観測する点も同じです。これまでのX線天文衛星で培われた技術がLiteBIRDに活きて、LiteBIRDで培われた技術が次のX線天文衛星に活きる。そうやって将来につなげていきたいと思っています。

宇宙物理学研究系 教授 藤本 龍一

複雑な現象を基本法則で解く物理学に惹かれて

宇宙物理学の道に進んだきっかけは?

高校の物理の先生との出会いが大きかったですね。物理学とは複雑な現象を基本法則で説明する学問である、と教えてくれました。高校物理の問題は、覚えることは少なく、原理を理解して道筋を立てて考えていけば解ける。それが新鮮で、物理って面白いと思い、大学では物理学を学ぼうと決めました。

物理学の中でも、なぜ宇宙物理学を選んだのですか?

それも先生との出会いですね。絶対この道に進むぞ、という目標があったわけではなく、その時々の出会いに導かれて歩んできました。あっ、ちょっと格好よく言い過ぎたかもしれません。物理学は物性と素粒子・宇宙とに大きく分けられますが、物性は複雑すぎて自分には無理だと思ったということもあります。

でも、観測装置を開発していると、物性の知識が必要になってきます。必要に駆られて勉強してみると物性も面白く、学生時代にもっと勉強しておけばよかったと後悔しています。若い人には、自分が目指す分野だけでなく、ぜひ幅広く興味をもって勉強してもらいたいです。

【 ISASニュース 2024年3月号(No.516) 掲載 】