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X線天文衛星「あすか」

 宇宙科学研究所の第15号科学衛星ASTRO-Dは,平成5年2月20日午前11時(日本時間),鹿児島宇宙空間観測所よりM-3SII-7号機により打ち上げられた.ロケットの飛翔はきわめて順調で,衛星は無事近地点約520km,遠地点約620kmのほぼ予定どおりの略円軌道に投入され,「あすか(飛鳥)」と 命名された.
 「あすか」には4台のX線反射望遠鏡(XRT)が搭載されており,それぞれの焦点にX線検出装置がおかれている.X線反射望遠鏡の焦点距離は3.5mで,光学ベンチによって焦点面検出器とつながれるが,3.5mもの光学ベンチはロケットのノーズフェアリング内に収納できないため,打ち上げ時には畳まれていて軌道投入後に伸展された.X線検出装置には撮像型ガス蛍光比例計数管(GIS)2台とX線CCDカメラ(SIS)2台の2種類があり,いずれも撮像および分光性能を備えている.
 打ち上げ後数週間かけて衛星の基本的な機能確認,本格的三軸姿勢制御の運転開始,観測装置の運用開始等の作業が順次行われた後,試験観測が開始され,9月初め現在約1日に1個の観測ペースで,各種X線源が次々と観測されている.試験観測は10月で終了し,その後は主に日米の研究者からの観測提案に基づく観測が継続的に行われていく.
 この試験観測期間の初期3月30日には,おおぐま座にある近傍銀河M81中に超新星1993Jが発生したことが通報され,「あすか」も急遽予定を変更して,4月5日と7日にM81の超新星の方向の観測を行った.その結果,M81の中心部から約3分角離れた位置にある超新星から強いX線が出ていることがわかった.このような早い時期の超新星残骸からのX線を検出したのは,史上初めてのことである.
 また,試験観測を通じて,搭載X線観測装置が期待通りの性能を発揮していることも確認されてきている.これらの装置はすぐれた分光性能を持っており,とくに,数百万度から数千万度といった超高温ガス中にある高電離状態の各種元素の特性X線を精度良く観測できる.広がったX線源である超新星残骸のいろいろな場所の分光観測を行うことにより,われわれの生活を支えている各種の重元素は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ものであることを,目の当たりにすることができてきている.また,遠方の銀河団を包む高温ガス中の重元素が,個々の銀河からの汚染によるものであることなども明らかになっていくことが期待されている.
 X線観測から得られた銀河間空間の超高温ガスの量は,銀河団に属する銀河全体の質量より多いことがふつうであり,宇宙の中で観測にかかる物質の中では超高温ガスが一番多いと考えられる.さらに,銀河団のX線観測では,超高温ガスをある領域にとらえておくための重力の大きさから,超高温ガスの量よりさらに10倍もある暗黒物質の存在を知ることもできる.宇宙の構造を研究する上で,X線による銀河団の超高温ガスの観測は不可欠のもので,数keV以上のX線に対し初めて撮像能力を持つ「あすか」の成果が期待されている.
 「あすか」搭載のX線観測装置は,0.5~10keVといった広いエネルギー範囲のX線に対しこれまでにない弱いX線源を見つけ出すことのできる能力を持っていることも特徴である.そのすぐれた感度により,宇宙X線背景放射といわれる空のどこからも同じ強さでやってきているX線成分の起源の解明にせまれるものと期待されている.これまでの種々の観測事実を考察してみると,宇宙X線背景放射の起源は,宇宙の中にはじめて出現してきた原始銀河である可能性もあり,「あすか」が遠い宇宙のはて近くにどのような天体を見つけ出すか楽しみである.

【井上 一】

■トピックス後日談■

「あすか」の一生
 1993年2月に軌道に投入された「あすか」は、その後、国際軌道X線天文台として世界の研究者に利用され、たいへん多くの科学的成果をあげました。
 「あすか」は、当初、600 km近い平均高度を周回していましたが、薄いとはいえわずかにある大気との摩擦により少しずつその高度を下げ、2000年には400 km近い高度まで下がりました。そして、2000年7月、太陽活動の影響による突発的な大気密度の増加によって自らの姿勢を制御することが不能となり、軌道天文台としての使命を終えることとなりました。その後、衛星は高度を加速度的に下げ、2001年3月2日大気に突入して燃え尽き、ほぼ8年の軌道寿命を終えました。
 「あすか」は、観測計画に従い、見ようとするX線天体に、順次、衛星の観測方向を向けて日々を過ごしました。観測する天体は、開発の中心となった日本とそれに協力した米国を中心に世界の研究者から観測提案を公募し、研究者代表からなる委員会が選考を行って、決められました。7年余にわたる観測運用期間で、のべ2000以上の天体・天空領域が観測されました。観測データは、観測後ほぼ1年間観測提案者の占有となりますが、その後はアーカイブデータとして一般公開され、世界の研究者のだれもが利用できるようになっています。これまでに、「あすか」の観測をもとに1700編近い査読付き論文が発表され、100人を越える博士が誕生しました。
 「あすか」には、広がったX線天体の撮像ができる反射望遠鏡が搭載されましたが、それまでの衛星にくらべ、エネルギーの高いX線(硬X線と呼ばれる。X線観測では、宇宙からやってくるX線を粒子(光子)として1個1個検出し、個々の光子が持つエネルギーを測る)まで反射性能のあるものでした。また、焦点面には光子エネルギーの識別能力が高い撮像型X線検出器が並べられ、画像を撮りながら、その部分部分ごとの高精度エネルギースペクトル(各エネルギーごとのX線強度分布)を取得できることが画期的でした。
 通過物質による吸収の影響を受けにくい硬X線の撮像能力により、「あすか」は、濃い分子の雲の中に埋もれた、生まれつつある星(原始星)からのX線を発見したり、遠方のいくつもの銀河の中心から、それまで見えなかった大質量ブラックホール近傍からのX線を検出したりしました。また、画像部分ごとの高精度エネルギースペクトル取得能力によって、われわれの銀河の中心付近の鉄元素が出す特性X線の強度分布から、銀河中心では数百年前に爆発があったらしいことがわかったり、星の中で作られた重い元素が星間空間にばらまかれ、それらがさらに銀河間空間をも汚染していく様子が明らかになったりもしました。
 「あすか」による観測・成果は世界の天文学者・天体物理学者の注目を集め、「あすか」はX線天文学の歴史に一時代を画しました。

【井上一(2019年6月)】

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