Yamaguchi Lab

Research

高エネルギー天文学

天文学の中でも、温度が数100万度ケルビンを超える高温プラズマを伴う天体、例えば恒星フレアや、ブラックホール周辺の降着円盤、超新星残骸、銀河団などを研究対象とするのが高エネルギー天文学です。これら高エネルギー天体が放つX線(波長の短い電磁波)は地上に届かないため、人工衛星を使って大気圏外から観測を行います。宇宙研は、古くから我が国の天文観測衛星の開発・運用を主導してきました。
当研究室は、自前の衛星開発に加えて、世界中の天文衛星を使った様々な高エネルギー天体の観測研究を進めています。既存のモデルに頼らない、基本物理法則に忠実な研究アプローチがモットーであり、中でもX線分光データの精密分析に基づくプラズマ診断を得意とします。これまでにも、原子物理学の知識を駆使した独創的な手法で、星間空間の衝撃波におけるエネルギー散逸過程や、超新星の元素合成機構に関する重要な知見をもたらしました。これらの成果と研究スタイルは、国際的にも高い評価を得ています。

実験室宇宙物理学

超新星残骸や銀河団などの "光学的に薄い" プラズマは、様々な元素からのX線輝線を含む特徴的なスペクトルを示します。したがって、スペクトル解析を通じて天体の物理情報を引き出すには、背後にある原子過程の理解が不可欠です。例えば、大学の量子力学で学習する角運動量理論や散乱問題は、XRISM(下記)をはじめとする精密X線分光の観測データを解釈する上で必須の知識となります。一方、高エネルギー天体からの輝線放射に関与する多価イオン(多電子系)の物理的ふるまいは一般に複雑で、しばしば理論計算が困難な問題にも直面します。
そこで当研究室では、高エネルギー天体と等価な高温プラズマを実験室で再現して、その分光測定を行う「実験室宇宙物理学」を推進しています。実験を通して得られた原子データを高エネルギー天体のスペクトル解析に適用することで、信頼度の高いプラズマ診断(温度や元素量の決定)が可能となります。岐阜県の核融合科学研究所や、ドイツのマックスプランク核物理学研究所との共同研究です。


[核融合研LHD実験で得られたマンガンL殻輝線のスペクトル時間発展](大城勇憲氏修士論文より)

X線天文衛星 XRISM

JAXA宇宙研は、 米国NASAや欧州ESAと共同で、2022年度打ち上げ予定の「X線分光撮像衛星XRISM」を開発しています。XRISM最大の特徴は、X線マイクロカロリメータによって実現する、高エネルギー天体の超精密X線分光です。XRISMの観測によって、銀河団プラズマの運動や元素組成、超新星残骸の衝撃波におけるプラズマ加熱過程、ブラックホール周辺の構造などが鮮明に解き明かされます。また、当研究室が推進する分光観測と実験室宇宙物理学のノウハウは、ここで真価を発揮します。
研究室主宰者の山口は、XRISMの副プロジェクトサイエンティストとして、国際チームによる科学成果創出活動を牽引しています。今後このページ上で、XRISMに期待されるサイエンスを順次紹介していく予定です。引き続きの応援をよろしくお願いします。


Recent achievements

大城勇憲 ISASウェブリリース:「宇宙のものさし」の異端児? ー 最も高密度な白色矮星による超新星爆発の痕跡を特定 ー
米国天文学会AAS NOVAによるハイライト