Research

馬場研究室の研究テーマ

詳しい研究内容は、年次報告をご覧ください。

・広がった天体(超新星残骸)
超新星爆発が引き起こす衝撃波が星間物質を加熱し生成する高温プラズマ:超新星残骸は、星が合成した重元素を宇宙空間へ拡散する、荷電粒子を加速して宇宙線を供給するなど、銀河進化の重要な役割を担うと考えられています。我々は、超新星残骸が含む重元素の特性X線を観測して爆発時の元素組成や速度構造を推定することで「何が超新星爆発をトリガーしたのか」を推定したり、粒子加速の現場であるX線プラズマの温度や電離状態の情報を使い、プラズマに閉じ込められた加速粒子が「どうやって宇宙空間に供給され宇宙線となるのか」を探ったりしています。

・コンパクトな天体(ブラックホールや中性子星など)
宇宙物理学の醍醐味は、地上では到底実現できないような極限的な物理条件が巨視的なスケールで存在する様を見ることができることです。ブラックホールや中性子星が作り出す環境は、強重力場や強磁場に支配される魅力的な高エネルギー現象にあふれています。私たちは、主に人工衛星によるX線観測を手段として、大小さまざまなブラックホールや降着型の中性子星パルサー、通常の中性子星よりもさらに強い究極の磁場を持つ「マグネター」における物理現象の統一的理解を目指しているます。深い理解のために、理論と観測を定量的に繋ぐアプローチを重視しており、モンテカルロシミュレーションに基づいたX線放射計算コードの開発を進めています。

・検出器開発
馬場研究室での研究には上記の「天体解析」に加えて、「検出器開発」というもうひとつの側面があります。検出器の特性を知ることは天体解析においても重要であり、実際に手を動かすことができる環境は当研究室の強みです。前身である牧島研究室時代には、Suzaku衛星搭載のHXDやHitomi衛星搭載のHXIの開発を主導してきました。現在もCCDやCMOSを用いた検出器の基礎開発を行なっています。またこれらの検出器が宇宙空間で実際にどのような動作をするか調べるため、モンテカルロシミュレーションを交えた研究も積極的に行なっています。

・XRISM衛星
XRISM (X-Ray Imaging Spectroscopy Mission) 衛星は、「宇宙の構造形成と銀河団の進化」「宇宙の物質循環の歴史」「宇宙のエネルギー輸送と循環」を研究するとともに、「超高分解能X線分光による新しいサイエンス」を開拓することを目的とした宇宙X線衛星ミッションです。馬場研究室では、超新星残骸やパルサー星雲といった銀河系内拡散天体のサイエンス創出、パイルアップシミュレータ開発などで貢献しながら、2021年度打ち上げを目指しています。

・雷実験(GROWTH)
GROWTH (Gamma-Ray Observation of Winter Thunderclouds) 実験は、雷や雷雲から放出される放射線を地上観測し、雷活動における粒子加速機構を解明するためのプロジェクトです。観測サイトである北陸地方の日本海沿岸部では、冬に活発な雷活動が発生します。冬の雷雲は形成される高度が低いため、放出されたガンマ線が地上に届きやすく、放射線の地上観測に適しています。これまでその利点を活かし、雷雲の中に存在する高電場領域で数十MeVまで加速された電子からの制動放射である「ロングバースト」や、雷放電に同期して放出されたガンマ線が大気中で原子核反応を引き起こすことで生じる「ショートバースト」の観測に成功しています。馬場研では京都大学、名古屋大学、日本原子力研究開発機構、理化学研究所などと協力し、可搬型の放射線検出器の開発、データ解析や放射線の大気伝搬シミュレーションなどを行っています。

研究室ガイダンス用資料