2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 1

X線分光観測による宇宙プラズマの診断最近の結果とAstro-E2衛星

田村隆幸　（宇宙研・宇宙科学情報解析センター）

1.銀河団プラズマの冷却と（加熱）

- Cooling Flow 問題 –

2.Astro-E2衛星

J.S.Kaastra (SRON), J.Peterson (Columbia), K.Makishima (U-Tokyo), and Astro-E2 SWG

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 2A1689 HST, N. Benitez (JHUACS Science Team, ESA, NASA

可視光でみた銀河団　（A1689/HST)

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 3

Galaxy ClusterStar

• 100-1000 of galaxes

Dark Matter• Kinetic energies of galaxies

and plasma, Gravitational lenses indicate large mass.

• More than 10 times massive than stars and plasma

Hot Plasma (Intra-Cluster Medium)

Ne = 10-4-10-2 cm-3

Te = 107-108 K

L = 100 kpc – 1 Mpc

Metal rich (O, Si, S, Fe etc., ; 0.3 solar abundance)

Largest system bounded by the dark matter potential

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 4Chandra X-ray Images of Clusters

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 5

X-ray from cluster plasma

• 光学的に薄いプラズマ（吸収は無視できる）。• 電子、イオンはMaxwell分布、熱平衡• イオン化平衡　（電離温度＝熱運動温度）Collisional Ionization Equilibrium model (CIE) model

Ｘ-ray Radiation　＝　

(Thermal Bremss. + Line emissions）

Lx ∝　∫neni Λ(T; A)dV

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銀河団の中心部　Cooling Flow ?

• プラズマの密度が高い→　放射冷却 (n2) →　圧力低下　→　外側からの降着　→　

• Tcool = NkT/Lx < Tage~ 1/H0

• 中心での温度低下• Cooled Gas ?

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Isobaric Cooling Flow Model– 圧力勾配・加熱なし。– (放射冷却）＝　（エンタルピー減少）

- neni Λ(T)dV　＝　5/2 k dM/dt dT / μmp neni vs. T

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XMM (X-ray Multi-Mirror Mission)-Newton (1999/12-; ESA)

ASCA (Japan-US; 1993-) 6.5 m, 1.7t

14m, 4.8t

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XMM/RGS5-35 Å(0.3 – 2 keV)

Δλ　～　60 m Å

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XMM/RGS spectroscopy (Peterson et al. 2003)

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Blue:data, Red: best-fit,Green: Cooling floe model

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 12

温度の下げ止まり？

• 加熱　モデル– 周りの高温プラズマからの

熱伝導

– 活動銀河核との相互作用– 磁場相互作用– Merger/Mixing

• 条件– Ｘ線放射x年齢に匹敵する加熱エネルギー– Tcoolとバランスするか熱効率– N2 (r)とバランス

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Reconnection sites

Hot phase

Cool phase

Magnetic field lines

Galaxy motion/rotation

- Ordered magnetic fields separate the hot and cool phases.- Galaxies’ kinetic energy --> MHD turbulence -->

reconnection --> plasma heating & particle acceleration- The loop-like structure stabilizes the heating/cooling.

牧島モデル-- the “Galaxy corona”

牧島　２００３より転載

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Jet and bubble from

central black hole

Fabian et al. 2003

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Summary At cluster centers, plasma cooler than the ambient plasma exists. A lack of cooler gas below ~Ticm/2, compared to the simple cooling flow model.Unknown process(es) should balance with the X-ray cooling. Energy and mass transfer related to this process should be comparable to Lx x Tclusterand 100-1000 Msun/yr.

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超新星残骸W49 (ASCA CCD spectrum; Fujimoto et al.)

1E0102.2 (RGS; Rasmussen et al. 2001)

Several line ratios →　電離非平衡

Line shapes →　速度場　の測定

重元素組成比の測定

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活動銀河核（AGN)の周り

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星間物質

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Astro-E2 (2005/2-3 )

2003-11-21 T.Tamura @ 核融合研 20

Ｘ線望遠鏡　

名古屋大学・宇宙研・NASA　他

X線 CCDカメラ

大阪大学・宇宙研・MIT　他

Wide-FOV spectroscopy

硬Ｘ線検出器

東京大学・広島大学・金沢大学・宇宙研・理研・青山学院　他

10-600 keV, low background spectroscopy

Ｘ線分光器

宇宙研・都立大・NASA 他

ΔE~6 eV in 0.5-10 keV

Under developing and testing…

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RGS vs. XRS

XRS

RGS (point)

RGS (1’ ）

1 ke

V

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Isobaric Cooling flow Model

0-0.375, 0.375-0.75

,0.75-1.5, 1.5-3

3-6 keV Ranges

dEM(T)/dT ~ 1/Λ(T)

RGS band

E2 band

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ASCA CCD Astro-E2/XRS

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Missing IGM

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早期型星 (Zeta-Pup)