X-ray astronomy

A branch of astronomy that studies celestial bodies by observing X-rays from space. X-rays from space are absorbed by the atmosphere and cannot reach the ground. Therefore, in order to observe X-rays, observation equipment must be launched into outer space. In 1962, American researcher Giacconi and his colleagues mounted an X-ray detector on a rocket and scanned the sky, discovering a strong source of X-rays other than the sun. Since then, X-rays from various celestial bodies in space have been observed using rockets, balloons, and artificial satellites. In this way, not only the sun (solar X-rays were discovered in 1948), but all kinds of celestial bodies have been observed in X-rays, opening up the new field of X-ray astronomy.

X-ray astronomy has enabled us to see highly variable high-energy phenomena and structures that cannot be seen with light, and has opened up a picture of the universe that could not be seen with light or radio waves. X-ray astronomy has also revealed celestial objects such as neutron stars and close binary stars with black holes, and the development of active galaxies and galaxy clusters has progressed through the observation of X-rays emitted from these high-energy regions, significantly rewriting traditional astronomy.

The first targets of X-ray astronomy were unique celestial bodies that emit strong X-rays. These are celestial bodies that accompany neutron stars and black holes, and about 300 of them are known in our galaxy. These celestial bodies emit X-rays with wavelengths of a few angstroms most strongly, and gas-filled X-ray detectors with thin-film windows have generally been used to observe them. In order to distinguish and observe individual X-ray sources, various collimators that limit the field of view are placed in front of the X-ray detector.

On the other hand, for celestial bodies such as ordinary stars and active galaxies, which emit strong X-rays but are difficult to detect due to their distance and weak X-rays, a reflecting X-ray mirror telescope is placed in front of the X-ray detector. This reduces noise and makes it possible to observe weak X-ray sources, as well as to image and analyze the spectrum of extended X-ray sources. In addition, focal plane detectors are small-area two-dimensional imaging gas proportional counters, solid-state imaging devices (CCDs, etc.), and channel plates without entrance windows, and X-rays of 0.1 to 10 kiloelectron volts (keV) are observed, taking into account the reflection efficiency of the X-ray mirror. Note that the reflection efficiency of X-ray mirrors becomes poor when X-rays with short wavelengths (less than 1 angstrom) are reflected, so multi-layer X-ray mirrors and other devices are being developed.

X-ray astronomy today targets all kinds of celestial bodies. For this reason, it has developed from the era of exploration and discovery, and today's X-ray astronomy is expected to elucidate scenarios for the evolution and end of stars based on precise observations using X-rays, as well as the structure of the distant universe that cannot be seen by light or radio waves. In recent years, a group of Japanese researchers discovered an intermediate-mass black hole in 2000 using NASA's (National Aeronautics and Space Administration) X-ray astronomy satellite "Chandra," and in 2007, an international joint team of Kyoto University, Ehime University, and NASA discovered a new type of black hole that had been overlooked because it was buried under a large amount of material using observations using the Japanese X-ray astronomy satellite "Suzaku."

[Masaru Matsuoka]

"Exploring the Universe with X-Rays" by Katsuji Koyama (1992, Baifukan Publishing)" ▽ "Popular Science: Exploring Black Holes with X-Rays - An Introduction to X-Ray Astronomy" by Shunji Kitamoto (1998, Shokabo Publishing)" ▽ "Space Observation in the 21st Century" edited by Masanori Ie (2002, Seibundo Shinkosha Publishing)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

宇宙からくるX線を観測し、天体を研究する天文学の一分野。宇宙からくるX線は大気に吸収されて地上まで到達できない。したがって、X線を観測するためには、観測装置を大気圏外域にあげなければならない。1962年、アメリカのジャコーニたちは、ロケットにX線検出器を載せて天空を走査したところ、太陽以外の強いX線源を発見した。その後、ロケット、気球、人工衛星によって、宇宙にある種々の天体からのX線が観測された。こうして、太陽だけでなく（太陽X線は1948年に発見）、あらゆる種類の天体がX線で観測され、X線天文学という新分野が開けた。

　X線天文学によって、変動の激しい高エネルギー現象や、光では見えない部分の構造が見られるようになり、光や電波ではわからなかった宇宙像が展開された。また中性子星やブラック・ホールを伴った近接連星などの天体はX線天文学によって登場し、活動銀河や銀河団もそれらの高エネルギー領域から出るX線の観測結果によって進展し、従来の天文学は大きく書き換えられてきた。

　X線天文学の対象は、まずX線を強く出す特異な天体であった。これらは中性子星やブラック・ホールを伴った天体で、われわれの銀河系には300個ほどが知られている。これらの天体からは波長が数オングストロームのX線がもっとも強く放射されており、その観測には、これまで普通、薄膜の窓をもつガス封入式X線検出器が用いられてきた。また、個々のX線源を区別して観測するために、X線検出器の前に、視野を制限する各種のコリメーターが置かれる。

　一方、普通の星や、たとえば活動銀河のように本来強いX線を放射していても距離が遠いためにX線が弱く、雑音に埋もれて検出が困難な天体の場合は、反射方式のX線ミラー望遠鏡がX線検出器の前に置かれる。これによって雑音を少なくして弱いX線源までを観測するだけでなく、広がったX線源の像やスペクトル分析も可能になった。また、焦点面検出器は面積の小さい薄膜をもつ二次元撮像ガス比例計数管、固体撮像素子（CCDなど）、入射窓をもたないチャネルプレートなどが用いられ、X線ミラーの反射効率をあわせ0.1～10キロ電子ボルト（keV）のX線が観測の対象とされる。なお、X線ミラーでは波長が短いX線（1オングストローム以下）になると反射の効率が悪くなるため、多層膜のX線ミラーなどの開発がなされている。

　X線天文学は今日あらゆる種類の天体を対象としている。このため探索と発見の時代から発展し、X線による精密な観測に基づく星の進化と終末のシナリオや、光や電波では見えない遠い宇宙の構造の解明などが、今日のX線天文学では期待されている。なお近年では、2000年（平成12）に日本人研究者グループが、NASA(ナサ)（アメリカ航空宇宙局）のX線天文衛星「チャンドラ」を用いた観測で「中質量ブラックホール」を発見したことや、2007年に京都大学、愛媛大学、NASAの国際共同チームが、日本のX線天文衛星「すざく」を用いた観測で、大量の物資に埋もれて見逃されていた新しいタイプのブラック・ホールを発見したなどの成果がある。

［松岡　勝］

『小山勝二著『X線で探る宇宙』（1992・培風館）』▽『北本俊二著『ポピュラー・サイエンス　X線でさぐるブラックホール――X線天文学入門』（1998・裳華房）』▽『家正則監修『21世紀の宇宙観測』（2002・誠文堂新光社）』

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例