取り組む謎

XRISMが挑む宇宙の謎

XRISMは、星や銀河、そしてその間を吹き渡る高温ガス「プラズマ」を調べ、星や銀河、銀河の集団がつくる大規模構造の成り立ちや、天体を行き交う元素やエネルギーの流れをこれまでにない詳しさで明らかにします。

銀河は、太陽のような星の集団です。銀河はときに島宇宙ともよばれます。その中には1,000億の星がありますので、星は「島」をつくる「砂粒」のようなものです。銀河は宇宙に数千億もあり、その多くは数百から数千ずつあつまり銀河団をつくっています。銀河団は観測できる天体としては、最大規模のもので、物質がつくる宇宙の全体像を知るためにもっとも適した天体です。
銀河を「島」とするならば、「島」を浮かべる「海」にあたるのが、銀河の間に広がる高温プラズマです。プラズマというのは温度が高いため原子から電子が離れてしまっている電離ガスのことです。特に銀河団には、「島々」を浮かべる「海」にあたる高温プラズマがありX線で写真をとるとはっきり見えます。銀河団の高温プラズマは、電磁波で直接観測できる銀河団物質の8割の質量を占め、銀河の中を流れるプラズマとも行き来があります。このため銀河や銀河団のつくられ方を知るためには、銀河団に満ちる「海」である高温プラズマのX線観測が重要になります。
地上の川や海、雲や雨のように、プラズマは、星や銀河、銀河団のあいだを循環しています。ですので、プラズマを観測することは、宇宙の物質やエネルギーの流れを知るうえでとても重要です。XRISMには、高温プラズマからのX線を観測し、それに含まれる物質の種類(元素)、温度、密度、速度をこれまでと桁違いの精度で測定する超高分解能X線分光撮像器(X線マイクロカロリメータ)が搭載されます。その能力で、宇宙の謎に挑みます。

宇宙の謎01

銀河団の設計図 力学的進化

宇宙最大の天体である銀河団は、巨大な重力と、高温プラズマの圧力のバランスで形作られます。しかしこれまでは、観測装置の能力の限界から温度、すなわち、高温プラズマの熱的な圧力しかわからず、それだけでは、なぜバランスがとれたまま銀河団の形状を保てているか説明がつきませんでした。XRISMのX線分光撮像器は、これまでわからなかったプラズマの速度も測ることで、プラズマの動きによる圧力(動的圧力)も明らかにできます。熱的、動的の両方を測ることで圧力バランスの全貌を明らかにします。これによって銀河団の構造のできかた(設計図)を明らかにしていきます。

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銀河団

宇宙の謎02

宇宙のレシピ 化学的進化

宇宙が生まれて30万年くらいまでは、元素の周期律表には、たった4つの元素しか存在せず、実に味気ないものでした。私たちの体をつくるのに欠かせない、炭素や窒素、酸素、さまざまな金属はどれも、その後、星が生まれ、星の一生の中でつくられたものです。これらの物質は、星でつくられ銀河の中や外にまき散らされ、次の世代のより豊穣な、惑星や生命をふくむ味わいのある宇宙をつくっていきます。この歴史を宇宙の化学進化といいます。XRISMのX線分光器は、これらの元素からの特徴的なX線をこれまでにない感度で観測し、さらには宇宙に広がっていく速度も測定し、宇宙の元素がもたらす「味わい」のつくられ方(レシピ)を調べます。

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星間物質の分布図

宇宙の謎03

時空のはて

宇宙には、我々がどんなに速い宇宙船にのったとしても決してたどりつけないところがあります。ひとつは、宇宙膨張によってとびさっていき、けっして追いつけない遠い宇宙と、もうひとつ、ブラックホールのなかです。ブラックホールのそばでは、時空がひきのばされ、元素からのX線もその波長が長くなってしまいます。XRISMのX線分光器は、その様子を精密に測定し、ブラックホールの周りの物質の運動と、ブラックホールからの距離を調べ、時空の様子とブラックホール天体がどのように物質を吸い込み、一部の物質やエネルギーを放出しているのかを調べます。

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ブラックホールのイメージ図