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立教大学理学部物理学科
立教大学理学部物理学科 山田研究室は2020年4月にスタートしました。X線衛星XRISMに搭載される精密X線分光器(マイクロカロリメータ)の開発およびそれを用いたブラックホールや銀河/銀河団など宇宙でおこる高エネルギー現象の解明を目標としています。将来に向けて、次世代の精密分光装置である超伝導転移端検出器(Transition Edge Sensor)の開発と、それを用いた様々な地上実験も進めています。ついに、2023年9月7日、X線衛星XRISMがHII-A 47号機から打ち上げられました。
X線天文衛星 XRISM
宇宙X線天文学
X線カロリメータ
ブラックホールX線観測
高エネルギー宇宙現象
銀河、銀河団など
精密X線分光器開発
超伝導転移端検出器(TES)の基礎開発
TESの地上応用実験
ハドロン、QED検証、分子雲の化学進化、
放射光物質分析
研究内容の概要
研究内容の概要
X線は物質をよく通り抜けるため、ブラックホールのすぐ近くや、宇宙で起きる激しい現象を観測するのに適しています。そこでは温度が1000万度を超え、鉄や銅といった身近な物質も固体ではなく「高温のガス」として存在しています。
このような、日常の感覚では想像しにくい極限環境で何が起きているのかを、物理学に基づいて理解し、実際の観測データで検証する――それがX線天文学の研究です。
本研究室では、観測装置の開発からデータ解析、さらには地上実験までを一体的に行いながら、
宇宙の進化やブラックホールと銀河の関係といった未解決の問題の解明を目指しています。
1）X線衛星 XRISM の精密分光器の開発
1）X線衛星 XRISM の精密分光器の開発
2023年に打ち上げられたX線衛星XRISMに搭載されている精密X線分光器（Resolve）の開発に携わっています。この装置は、宇宙空間で約50ミリケルビン（−273℃に近い極低温）という特殊な環境で動作します。
山田研究室では、主に室温側のデジタル回路による信号処理を担当し、宇宙用冷凍機などと組み合わせて高精度な観測を実現しています。
2）次世代X線分光器（TES）の開発
2）次世代X線分光器（TES）の開発
将来のX線衛星に向けて、超伝導を利用した高感度センサー Transition Edge Sensor（TES）の開発も行っています。
センサーを自ら設計・製作し、実際に測定を行うことで、
「宇宙でどのように動作するか」を考える力と実験技術を身につけます。
3）精密X線分光を用いた地上実験
3）精密X線分光を用いた地上実験
宇宙観測のために開発した装置を地上でも活用し、さまざまな実験を行っています。
- 宇宙の星間分子環境を再現する実験
- ミュオン原子を用いた電磁相互作用の検証
- 放射光施設を用いた物質分析（はやぶさ2試料分析への応用など）
宇宙観測と地上実験の両方を組み合わせることで、より精度の高い測定技術の確立を目指しています。
4）天体データ解析
4）天体データ解析
X線衛星から得られる観測データを用いた解析も重要な研究テーマです。
(参考) 公開可能な研究関連情報はこちら : https://qiita.com/organizations/RikkyoU
最新のソフトウェア技術を取り入れながら、
ブラックホール周囲のガスの構造
高温プラズマと低温ガスの相互作用
ブラックホールと銀河の共進化
といった現象の理解を進めています。
宇宙にはまだ解明されていない問題が数多く残されており、
それらに挑むことが本研究の大きな魅力です。
最近のトピック
最近のトピック
2026.02.23 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Spectral and photometric variability of SS 433 observed with XRISM and simultaneous optical and near-infrared telescopes」がPASJに受理されました。
2026.02.23 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Spectral and photometric variability of SS 433 observed with XRISM and simultaneous optical and near-infrared telescopes」がPASJに受理されました。
立教大学理学部博士課程2年の酒井優輔さんは、マイクロクエーサーSS 433を対象に、XRISM 衛星で取得された高分解能スペクトルデータを用いてジェットのドップラーシフト解析を行いました。その結果、ジェット速度が数日スケールで変動していることを明らかにしました。
詳細は、原論文を参照ください。
愛媛大学大学院理工学研究科の善本 真梨那特定研究員（研究当時：大阪大学）、JAXA宇宙科学研究所の米山 友景特任助教、本研究室所属の小林 翔悟助教（研究当時：東京理科大学講師）らの研究グループは、地球から約1000万光年離れたNGC 7793銀河に存在するNGC 7793 P13という中性子星について、2011年から2024年の観測データをもとに、天体からやってくるX線の長期変動を調べました。
2025.10.16 [論文受理]
志達めぐみ准教授らの論文「XRISM high-resolution spectroscopy of SS 433: Evidence of decreasing line-of-sight velocity dispersion along the jet」がPASJに受理されました。
2025.10.16 [論文受理]
志達めぐみ准教授らの論文「XRISM high-resolution spectroscopy of SS 433: Evidence of decreasing line-of-sight velocity dispersion along the jet」がPASJに受理されました。
志達めぐみ准教授（愛媛大, PI）、小林翔悟助教、酒井優輔大学院生、山田真也准教授らは、SS 433 に対する高分解能 X 線分光観測を通じて、ジェットのコリメーション構造と放射機構に関する詳細な解析を行いました。
XRISM Resolve の卓越した分解能と感度により、これまで困難だったシリコンが鉄に比べて速度分散が小さいことを高精度に明らかにし、さらに歳差運動や章動運動など、ジェットの詳細な運動機構の理解を深めることに成功しました。
詳細は、原論文を参照ください。
2025.10.07 [論文受理]
山田真也准教授らの論文「XRISM high-resolution X-ray spectroscopy of Cygnus X-1: Highly ionized iron absorption structures」がPASJに受理されました。
2025.10.07 [論文受理]
山田真也准教授らの論文「XRISM high-resolution X-ray spectroscopy of Cygnus X-1: Highly ionized iron absorption structures」がPASJに受理されました。
山田真也准教授（PI）、小林翔悟助教らによる XRISM Cygnus X-1 グループは、XRISM を用いて Cygnus X-1 の鉄吸収線を精密に検出し、ブラックホール近傍における風の運動と構造を詳細に解析しました。
XRISM Resolve の高い感度と分解能により、わずか数 eV 幅の吸収線も明確に捉えることに成功し、風の時間変動を初めて高精度に観測しました。
詳細は、原論文を参照ください。
2025.8.27 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Arcsecond-Scale X-ray Imaging and Spectroscopy of SS 433 with Chandra HETG」がPASJに受理されました。
2025.8.27 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Arcsecond-Scale X-ray Imaging and Spectroscopy of SS 433 with Chandra HETG」がPASJに受理されました。
立教大学理学部博士課程2年の酒井優輔さんは、マイクロクエーサーSS 433に対し、Chandra衛星で得られたデータにデコンボリューションを適用し、中心部の秒角スケール構造を解析しました。その結果、中心から約1.7秒角離れた東西の二つのピーク構造と、螺旋状の構造を新たに発見しました。これらは光速の約26%で放出されるジェットからの放射を示唆し、さらに空間分割スペクトル解析と電波観測との比較から、非熱放射の可能性を支持する結果が得られました。
詳細は、原論文を参照ください。
立教大学理学部物理学科の山田真也准教授、立教大学大学院理学研究科物理学専攻の酒井優輔さん（博士課程後期課程）、大阪大学大学院理学研究科の川室太希助教、理化学研究所の長瀧重博主任研究員、松浦俊司上級研究員、東北大学の山田智史助教らによる研究グループは、欧州宇宙機関(ESA)が運用するX線天文衛星XMM-Newtonがこれまで約24年間にもわたり取得してきた大規模な宇宙のX線変動データから、量子コンピュータと機械学習を組み合わせた量子機械学習モデルを構築し適応することで、113件の異常なエネルギー(X線)放射現象を捉えることに成功しました。
2025.06.19 [論文受理] [press release]
2025.06.19 [論文受理] [press release]
2025.6.11 [論文受理]
博士課程の小湊菜央さんの論文「Decadal brightening in the north-eastern non-thermal filament of Cassiopeia A」がPASJに受理されました。
2025.6.11 [論文受理]
博士課程の小湊菜央さんの論文「Decadal brightening in the north-eastern non-thermal filament of Cassiopeia A」がPASJに受理されました。
立教大学理学部博士課程3年の小湊菜央さんは、超新星残骸カシオペヤ座A北東部のフィラメント構造において、非熱的X線放射の10年単位での増光を発見しました。このフィラメントは高い粒子加速率を示しており、形状の変化や局所的な振る舞いの違いから、磁場や周囲物質との複雑な相互作用が示唆されました。
詳細は、原論文を参照ください。
Kominato ら（2025, PASJ）に基づき再構成。
2025.06.10 [論文受理] [press release]
2025.06.10 [論文受理] [press release]
立教大学理学部物理学科の北本俊二特別専任教授、山田真也准教授、澤田真理助教らが所属する研究グループによるX線分光撮像衛星（XRISM）の観測成果に関する論文が、イギリスの科学雑誌「Nature」に2025年5月15日（日本時間午前0時）に掲載されました。
本研究成果では、XRISMの優れた分光能力により、超巨大ブラックホールから吹き出す風が、予想外に複雑な速度構造を持つことが明らかになりました。
従来のような滑らかな風ではなく、弾丸のようなガスがぶつぶつと飛び出す様子が示唆され、これらの弾丸が持つ非常に大きなエネルギーは、銀河とブラックホールの共進化に新たな可能性を示しています。
2025.02.26 [小柴賞] [press release]
2025.02.26 [小柴賞] [press release]
理学部物理学科の山田真也准教授ら４名の共同研究が、公益財団法人高エネルギー加速器科学研究奨励会の2024年度奨励賞（小柴賞）を受賞しました。
本賞は、2002年ノーベル物理学賞受賞者でカミオカンデ実験によりニュートリノ天文学を切り拓いた小柴昌俊博士の功績を讃えて設けられ、素粒子分野などの基礎科学における測定器技術の開発研究において、独創性に優れ国際的にも評価の高い業績をあげた研究者及び技術者に贈られます。
詳細は、立教大学のニュースをご覧ください。
2024.10.15 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Kinematics of Supernova Remnants Using Multiepoch Maximum Likelihood Estimation: Chandra Observation of Cassiopeia A as an Example」がApJに受理されました。
2024.10.15 [論文受理]
博士課程の酒井優輔さんの論文「Kinematics of Supernova Remnants Using Multiepoch Maximum Likelihood Estimation: Chandra Observation of Cassiopeia A as an Example」がApJに受理されました。
立教大学理学部博士課程1年の酒井優輔さんは、超新星残骸における全領域で固有運動を計算する手法を考案し、Chandra X線衛星が観測した超新星残骸カシオペア座Aを用いて原理実証しました。
詳細は、原論文を参照ください。
立教大学理学部物理学科山田真也准教授、東京理科大学創域理工学研究科先端物理学専攻修士2年の二之湯開登を筆頭に、同研究科同専攻所属の内田悠介助教、幸村孝由教授らの研究グループは代表的なブラックホール連星「はくちょう座X-1」のX線偏光観測衛星IXPEによる偏光観測により、1秒スケールの増光現象に付随して偏光の状態が変化することを世界で初めて発見しました。この発見は、短時間変動における偏光情報の解析手法を確立したことにより実現しました。
本研究成果は、アクセスが難しかったブラックホール近傍のダイナミックな構造変化について偏光を用いて観測的に示した初めての例になります。これにより、ブラックホール近傍の強重力場での降着流の物理の検証につながると期待されます。
詳細は、立教大学のプレスリリース、原論文をご覧ください。
2024.04.09 [論文受理] [press release]
2024.04.09 [論文受理] [press release]
立教大学理学部 山田真也 准教授、東京大学大学院理学系研究科 高橋嘉夫 教授、日本原子力研究開発機構 蓬田匠 研究員、高輝度光科学研究センター（JASRI） 宇留賀朋哉 任期制専任研究員、新田清文 研究員、関澤央輝 主幹研究員らは、超伝導転移端検出器（Transition Edge Sensor; TES）の利用を推進する複数の研究機関との共同研究を行っています。
今回、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL37XUにおいて、マイクロビームX線を用いた蛍光XAFS（X線吸収分光法）分析のための検出器として世界で初めてTESを適用し、通常の半導体検出器では捉えることのできない、実環境試料中の微量のUの分布状態を把握することに成功しました。
詳細は、立教大学のプレスリリース、原論文をご覧ください。
2024.02.27 [論文受理]
修士課程の酒井優輔さんの論文「位置依存型 Point-spread Function を用いた Richardson-Lucy 法の X 線衛星 Chandra 撮像画像への応用 ~超新星残骸カシオペア座 A の鮮明化~」がJAXA宇宙科学情報解析論文誌に受理されました。
2024.02.27 [論文受理]
修士課程の酒井優輔さんの論文「位置依存型 Point-spread Function を用いた Richardson-Lucy 法の X 線衛星 Chandra 撮像画像への応用 ~超新星残骸カシオペア座 A の鮮明化~」がJAXA宇宙科学情報解析論文誌に受理されました。
立教大学理学部修士課程２年の酒井優輔さんは、宇宙の天体解析技術として、宇宙X線衛星での世界最高精度の空間分解能を誇るChandraの観測画像を全領域で観測画像を鮮明化する画像デコンボリューション法を実装し、超新星残骸カシオペア座Aを用いて原理実証しました。
詳細は、原論文を参照ください。
2024.02.16 [表彰]
2024.02.16 [表彰]
2023年度の立教大学理学研究科物理学専攻修士論文発表会において、本研究室の酒井優輔さんが最優秀賞を受賞しました。
2023.07.04 [論文受理] [press release]
修士課程の酒井優輔さんの論文「Richardson–Lucy Deconvolution with a Spatially Variant Point-spread Function of Chandra: Supernova Remnant Cassiopeia A as an Example」がApJに受理されました。
2023.07.04 [論文受理] [press release]
修士課程の酒井優輔さんの論文「Richardson–Lucy Deconvolution with a Spatially Variant Point-spread Function of Chandra: Supernova Remnant Cassiopeia A as an Example」がApJに受理されました。
立教大学理学部修士課程２年の酒井優輔さんは、宇宙X線衛星で世界最高精度の空間分解能を誇るChandraの観測画像を鮮明化する独自手法の開発に成功し、超新星残骸カシオペア座Aを用いて原理実証しました。
詳細は、原論文、立教大学のプレスリリース、Chandraニュースページを参照ください。
2022.06.20 [論文受理]
修士課程の土岡智也さんの論文「X-Ray Studies of the Inverted Ejecta Layers in the Southeast Area of Cassiopeia A」がApJに受理されました。
2022.06.20 [論文受理]
修士課程の土岡智也さんの論文「X-Ray Studies of the Inverted Ejecta Layers in the Southeast Area of Cassiopeia A」がApJに受理されました。
立教大学理学部修士課程２年の土岡智也さんは、超新星残骸カシオペア座Aの噴出物の元素の逆転層の形成過程を解明を目指し詳細に解析し、その結果、残骸進化の初期、あるいは超新星爆発時の噴出物の逆転を示唆する手がかりを発見しました。
詳細は、原論文を参照ください。
2022.02.19 [表彰]
2022.02.19 [表彰]
2021年度の立教大学理学研究科物理学専攻修士論文発表会において、本研究室の土岡智也さんが最優秀賞を受賞しました。
2021.05.13 [論文受理] [press release]
助教の佐藤寿紀さんの論文「High-entropy ejecta plumes in Cassiopeia A from neutrino-driven convection」が Natureに受理されました。
2021.05.13 [論文受理] [press release]
助教の佐藤寿紀さんの論文「High-entropy ejecta plumes in Cassiopeia A from neutrino-driven convection」が Natureに受理されました。
立教大学佐藤寿紀助教が率いる国際共同研究グループの成果がNature誌に掲載され，4/22号の表紙を飾りました。 本研究では大質量星の超新星爆発メカニズムの要である「ニュートリノ加熱」の痕跡を世界で初めて発見し，宇宙物理学上 の未解決問題の解明に大きく貢献しました。
詳細は、原文、立教大学のプレスリリースを参照ください。
2020.02.19 [表彰]
2020.02.19 [表彰]
2020年度の立教大学理学研究科物理学専攻修士論文発表会において、本研究室の大塚駿平さんが最優秀賞を、菅谷知博さんが優秀賞を受賞しました。
2021.05.13 [論文受理]
修士課程の土岡智也さんの論文「On the Origin of the Asymmetry of the Ejecta Structure and Explosion of G350.1–0.3」がApJに受理されました。
2021.05.13 [論文受理]
修士課程の土岡智也さんの論文「On the Origin of the Asymmetry of the Ejecta Structure and Explosion of G350.1–0.3」がApJに受理されました。
立教大学理学部修士課程２年の土岡智也さんは、超新星の非対称爆発の機構に着目した超新星残骸G350.1-0.3のX線解析から、爆発放出物の高速移動の測定に成功しました。詳細は、原論文を参照ください。
2020.08.01 [論文受理]
博士課程の日暮凌太さんの論文「X-Ray Hotspots in the Northwest Shell of the Supernova Remnant RX J1713.7-3946」がApJに受理されました。
2020.08.01 [論文受理]
博士課程の日暮凌太さんの論文「X-Ray Hotspots in the Northwest Shell of the Supernova Remnant RX J1713.7-3946」がApJに受理されました。
立教大学理学部 博士課程１年の日暮凌太さんは、超新星残骸 RX J1713.7-3946のChandra衛星のX線データを詳細に解析し、X線で輝くコンパクトなホットスポット("hot spots")を複数発見しました。詳細は、原論文を参照ください。
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