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; 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。

我使用欧洲X射线卫星XMM-Newton观察了Kaminokeza Galaxy群集的周围环境，以观察到热热的银河系介质，该培养基被认为是相邻社会中大约一半的Baryons。位于簇后面的类星体的光谱包含与簇红移相对应的NEIX吸收线。此外，Neix的特征发射线在围绕银河系簇周围的气体范围中存在。这些表明，与星系簇相关的温度约为300万摄氏度。基于发射和吸收线的强度，计算出中等高温气体的长度为几十MPC，密度约为10^<-5> cm^<-3>。这些特性与中高温层间材料的特性一致，可以说是通过观察到与银河系簇相关的中高度温度间层状物质观察到的。此外，由于中高度温度间层次物质最能追溯到暗物质的分布，因此创建一个3D地图对于了解高温宇宙的结构及其形成过程非常重要。我已经开发了实现此目的的高精度光谱仪（TES）微量钙化器的数组，尤其是在极低温度下信号多路复用的关键技术。信号多路复用是通过在不同频率下操作TE并同时读取的。首先，我设计了一个8输入的鱿鱼仪表仪，可以在磁场上添加多个信号并同时读取它们，并确认该性能是按设计实现的。然后，我们开发了一个八输入的鱿鱼驱动电路，并设法使频带加倍。此外，已经阐明了频带进一步扩展的条件。