国立大学法人東海国立大学機構 名古屋大学大学院理学研究科の三石 郁之 講師、理化学研究所（理研）開拓研究本部玉川高エネルギー宇宙物理研究室の玉川 徹 主任研究員、山形大学学術研究院（理学部主担当）の郡司 修一 教授、広島大学宇宙科学センターの水野 恒史 准教授らの共同研究グループは、日本時間2021年12月9日（木）午後3時に、米国航空宇宙局（NASA）ケネディー宇宙センター（フロリダ州）から「X線偏光観測衛星IXPE（Imaging X-ray Polarimetry Explorer）」を打ち上げます。
IXPE衛星は、天体からのX線の偏光[1]を高感度で観測できる世界初の衛星です。激しい活動により、ブラックホール[2]や中性子星[3]などの極限天体からX線が放射されますが、IXPE衛星は観測例の極めて少ない「X線偏光」を捉えることで、誰も見たことがない新しい宇宙の姿を明らかにします。
偏光は電磁波の持つ性質の一つで、波の偏りを表します。雪面のような平面で反射した太陽光は、雪面と平行な方向に波が偏ることが知られています。スキーのゴーグルはこの偏光をうまく利用することでまぶしい光をカットし、風景をはっきりと見えるようにしています。それと同様に宇宙においても、X線を放射する天体の周りの物質や磁場の形状を反映して、X線の波が偏ると考えられています。IXPE衛星では、このようなX線の波の偏りを感度よく観測することで、ブラックホールに落ち込む物質の形や、ブラックホール周りの時空のゆがみ具合、中性子星の持つ強い磁場によってゆがめられた特異な真空など、これまでの観測とは全く質の異なるデータが得られると期待できます。
IXPE衛星は米国とイタリアによる国際プロジェクトですが、日本からも理研がX線偏光計[4]の心臓部である「ガス電子増幅フォイル[5]」を、名古屋大学がX線望遠鏡の「受動型熱制御薄膜フィルター[6]」を提供し、協力しています。また、プロジェクトには日本から20人を超える科学者や大学院生が参加しており、打ち上げ後の天体観測やデータ解析を通して「X線偏光天文学」の開拓に貢献します。
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[1] 偏光
電磁波の持つ性質の一つ。電磁波は電場と磁場が直交し、空間を伝わる波である。電磁波の偏光は、どの程度波が偏っているのかを表す「偏光度」と、偏りの方向を表す「偏光角」の二つの情報からなる。電球などから放射される電磁波は、電場があらゆる方向を向いて偏っておらず、無偏光である。
[2] ブラックホール
太陽質量の30倍以上の恒星が、一生の最後に爆発した後に残される高密度な天体。強い重力のために、光さえも逃げ出すことができない。銀河の中心にも超巨大ブラックホールが存在しているが、その成り立ちはよく分かっていない。
[3] 中性子星
太陽質量の8～30倍程度の恒星が、一生の最後に爆発した後に残される高密度な天体。主に中性子からなる天体で、ブラックホールと違い、半径約10キロメートルの表面が存在する。一般に強い磁場を持つものが多い。中でも、100億テスラ以上の磁場を持つ天体は磁石星（マグネター）と呼ばれている。
[4] X線偏光計
X線の偏光を捉えることができる検出器。目で見える光（可視光）は波としての性質が強いので、市販の偏光板でも容易に観測できるが、天体からのX線は波の性質が弱く、その量子性が強く見える（光子）ため、単純な偏光板は使えない。アインシュタインが光量子仮説により説明した「光電効果」を利用する特殊な計測装置を用いる。
[5] ガス電子増幅フォイル
X線偏光計のセンサー部品として用いられる素子。X線光子を捉えた際にできる電子の塊を、その形状を保ったまま増幅できる、一種の信号増幅装置。電子の塊の形状に偏光の情報が含まれるため、このフォイルの性能がX線偏光計の性能を左右する。
[6] 受動型熱制御薄膜フィルター
X線望遠鏡用の受動型熱制御部品。宇宙空間では望遠鏡は激しい温度変化にさらされるが、このフィルターがあれば、その変化を抑えられ、ヒーターなどの電力消費も最小限にとどめることができる。
