銀河間高温物質のX線精密分光で探る宇宙の大規模構造形成過程

利用星系间高温物质的精确 X 射线光谱探索宇宙中大尺度结构形成的过程

• 批准号: 04J10681
• 负责人: 竹井 洋
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J10681/
• 关键词: 中高温銀河間物質; Warm-hot intergalactic medium; ミッシングバリオン; 銀河団; X線宇宙物理; TESマイクロカロリメータ; SQUID; 信号多重化; X線天文学; 銀河間物質; WHIM; 大規模構造; マイクロカロリメータ; TES; 交流マルチプレクス

私は、近傍宇宙のバリオンの約半数を占めると考えられている中高温銀河間物質(Warm-hot intergalactic medium)の観測を目指し、ヨーロッパのX線衛星XMM-Newtonでかみのけ座銀河団の周辺を観測した。銀河団の背後に位置するクェーサーのスペクトルには銀河団の赤方偏移に対応するNeIXの吸収線が存在した。また、銀河団周辺の広がったガスのスペクトルには、NeIXの特性輝線が存在した。これらは銀河団に付随して温度300万度程度の「中高温」のガスが存在することを示すものである。輝線と吸収線の強度から、中高温ガスは密度10^<-5>cm^<-3>程度で数10Mpcの長さで存在すると計算される。これらの特性は中高温銀河間物質の特性と矛盾がなく、銀河団に付随する中高温銀河間物質を観測で捉えたのだと言える。また、中高温銀河間物質はダークマターの分布を最もよくトレースするため、その3次元マップを作成することは高温宇宙の構造、その形成過程を理解する上で非常に重要である。私は、そのために必要となる高精度分光器TES(Transition-edge sensor)マイクロカロリメータのアレイ化の開発、特に鍵となる極低温での信号多重化技術の開発を行った。信号多重化はTESを異なる周波数で動作させ、同時に読み出すことで実現する。私はまず、複数の信号を磁場で加算し同時に読み出せる8入力SQUID電流計を設計し、設計通りの性能が得られていることを確認した。そして、8入力SQUIDの駆動回路の開発を行い、周波数帯域を2倍にのばすことに成功した。また、帯域をさらにのばしていくための条件を明確にした。

为了观测被认为占附近宇宙中大约一半重子的暖热星系际介质，我使用欧洲 X 射线卫星 XMM-Newton 来观测我观察到的周围星系团。区域。在位于星系团后方的类星体的光谱中，有一条与星系团红移相对应的NeIX吸收线。此外，NeIX的特征发射线出现在星系团周围膨胀气体的光谱中。这些发现表明，星系团中存在温度约300万摄氏度的“中高温”气体。由发射线和吸收线的强度计算出存在中高温气体，其密度约为10^-5cm^-3，长度为数十Mpc。这些性质与中高温星系间介质的性质一致，可以说观测捕获了伴随星系团的中高温星系间介质。此外，由于中高温星际介质最能追踪暗物质的分布，因此创建暗物质的3D图对于理解高温宇宙的结构及其形成过程极为重要。我开发了一系列高精度光谱仪（TES（过渡边缘传感器））微量热仪，这是实现此目的所必需的，特别是开发了低温下的关键信号复用技术。信号复用是通过在不同频率下操作 TES 并同时读出它们来实现的。首先，我设计了一个 8 输入 SQUID 安培计，它可以使用磁场添加多个信号并同时读取它们，并确认其性能符合设计。然后，他们开发了8输入SQUID的驱动电路，并成功地将频带加倍。我们还明确了进一步扩展带宽的条件。

项目成果

Frequency domain multiplex with eight-input SQUID and readout electronics over 1 MHz

频域多路复用，具有八输入 SQUID 和超过 1 MHz 的读出电子器件

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physical Research Section A (印刷中)
• 作者: K.Masui;Y.Takei;H.Ikeda;S.Kimura;K.Mitsuda;N.Y.Yamasaki
• 通讯作者: N.Y.Yamasaki

Performance verification of the Suzaku X-ray spectrometer in the flight configuration

朱雀X射线能谱仪在飞行构型下的性能验证

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physical Research Section A (印刷中)
• 作者: U.Morita et al.;J.Cottam et al.;N.Ota et al.
• 通讯作者: N.Ota et al.

Design of frequency domain multiplexing of TES signals by multi-input SQUIDs

多输入SQUID频域复用TES信号的设计

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nuclear Instruments and Methods in Physical Research Section A (印刷中)
• 作者: N.Y.Yamasaki;K.Masui;K.Mitsuda;T.Morooka;S.Nakayama;Y.Takei
• 通讯作者: Y.Takei

Probing Warm-Hot Intergalactic Medium Associated with the Virgo Cluster Using an Oxygen Absorption Line

• DOI: 10.1093/pasj/56.5.l29
• 发表时间: 2004-09
• 期刊: Publications of the Astronomical Society of Japan
• 影响因子: 2.3
• 作者: R. Fujimoto;Y. Takei;T. Tamura;K. Mitsuda;N. Yamasaki;R. Shibata;T. Ohashi;N. Ota;M. D. Audley;R. Kelley;C. Kilbourne

Development of a microcalorimeter array for the Diffuse Intergalactic Oxygen Surveyor (DIOS) mission

为漫射星际氧气测量者 (DIOS) 任务开发微热量计阵列

• 发表时间: 2004
• 期刊: Optical and Infrared Detectors for Astronomy 5501
• 作者: Y.Ishisaki;T.Ohashi;et al.
• 通讯作者: et al.