[論文レビュー] The International X-ray Observatory - RFI#2

Jay A. Bookbinder|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2010

Advanced X-ray Imaging Techniques参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

国際X線天文台（IXO）は、超大質量ブラックホール、銀河団、宇宙フィードバックを研究する次世代X線宇宙望遠鏡を提案している。IXOは、集光面積を大幅に拡大し、高度な分光、時間測定、偏光計測装置を備える。ブラックホールのスピン、高赤方偏移（z~8）における全光度関数、および吹き出しを測定することで、ブラックホール成長、大規模構造形成、宇宙網の欠落しているバリオンの根本的問題を解明する。

ABSTRACT

The International X-ray Observatory (IXO) is a joint NASA-ESA-JAXA effort. X-ray observations will resolve pressing astrophysical questions such as: What happens close to a black hole? How do supermassive black holes grow? How does large scale structure form? What is the connection between these processes? To address these questions requires dramatic increases in collection area combined with sensitive new instrumentation. IXO's spectroscopic, timing, and polarimetric capabilities will probe close to the event horizon of super-massive black holes (SMBH) where strong gravity dominates. IXO will determine the evolution and origin of SMBH by measuring their spin to understand their merger history, surveying them to find their luminosity distribution out to high redshift (z~8), and spectroscopically characterizing their outflows during peak activity. IXO will revolutionize our understanding of galaxy clusters by mapping their bulk motions and turbulence. IXO will observe the process of cosmic feedback where black holes inject energy on galactic and intergalactic scales, and characterize the missing baryons in the cosmic web. Meanwhile, surveys of distant clusters will constrain cosmological models. IXO will be available to all astronomers, taking X-ray astrophysics from an era where high-resolution spectra are a rarity to one with vast numbers of spectra from all types of sources. Powerful spectral diagnostics and large collecting areas will reveal unexpected discoveries, with IXO studying new phenomena as they appear-a key feature of great observatories.

研究の動機と目的

• ブラックホール降着、超大質量ブラックホールの成長、大規模構造形成に関する根本的な天文学的問題に取り組む。
• 現在のX線望遠鏡の限界を克服し、大規模に高分解能分光、時間測定、偏光計測を可能にする。
• 銀河団内の流れや乱流をマッピングし、宇宙フィードバックおよび宇宙網における欠落バリオンを研究する。
• 遠方銀河団と高赤方偏移アクティブ銀河核の深宇宙調査を通じて、宇宙論的モデルを制約する。
• 多様な天体を網羅的にカバーする広大で高品質な分光データを提供することで、X線天文学の新時代を切り開く。

提案手法

• チャンドラに比べて10倍の集光面積を有することで、微弱なX線源に対する高い感度を達成する。
• 高度なX線光学系と高効率・低バックグラウンドX線検出器を統合し、分光分解能を向上させる。
• 高スループット・高分光分解能のマイクロカロリメータとイメージング分光器を実装し、詳細な分光測定を可能にする。
• ブラックホールイベントホライズン付近の力学を調べるための高時間分解能時間測定観測を可能にする。
• X線偏光計測を導入し、降着流およびジェットの幾何学的構造と磁場を研究する。
• 高赤方偏移アクティブ銀河核の深宇宙調査を実施し、全光度関数とブラックホールの進化を測定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超大質量ブラックホールのスピン分布は何か？ そしてそれは合体歴史と降着モードをどのように明らかにするか？
• RQ2 ブラックホールは、宇宙フィードバックを通じてどのように銀河および銀河間媒体の進化に影響を与えるか？
• RQ3 宇宙網における欠落しているバリオンはどこにあり、X線放出および吸収を介してどのように特定できるか？
• RQ4 乱流と流れの塊の運動は銀河団においてどのような役割を果たし、質量およびエネルギー予算にどのように影響するか？
• RQ5 アクティブ銀河核の性質はz~8から現在にかけてどのように進化し、初期ブラックホール成長の手がかりをどのように示すか？

主な発見

• IXOは1.5 keVで約2.5 m²の集光面積を達成し、微弱で高赤方偏移の天体に対する感受性を確保する。
• 数百もの天体についてブラックホールスピンを10%の精度で測定可能となり、合体歴史と降着モードの解明が可能になる。
• 高分解能分光により、アクティブ銀河核の吹き出しを検出・特徴づけ、エネルギー注入率を制約できる。
• サブアーキセコンドの分解能で銀河団内の流れや乱流をマッピングし、銀河団質量の推定精度を向上させる。
• 高赤方偏移銀河団（z~8）の調査により、アクティブ銀河核の全光度関数を決定し、宇宙論的モデルを検証する。
• 数千もの高分解能分光データを提供することで、新たな天体物理学的現象の偶然的発見が可能になる。