Exploration of energy conversion mechanisms in a solar flare by X-ray focusing imaging-spectroscopy using the opportunity of the US-Japan joint sounding rocket experiment

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本研究は、宇宙の活動の一翼を担う磁気再結合を出発点としたエネルギーの変換過程を解明するために、最も身近な磁気再結合現象である太陽フレアを研究対象とし、エネルギー変遷を定量的に評価することを目的とする。太陽フレアでは加速粒子が解放エネルギーの一定量を担うと考えられているが、既存の観測・理論では加速粒子を十分に評価できていない。そこで本研究は、加速粒子の評価も可能な「X線集光撮像分光」という新機軸の太陽フレア観測をNASAの観測ロケットを用いた飛翔機会(FOXSI-4)によって実現するとともに、「観測されたX線スペクトルから加速機構を検証する理論モデル」を構築することで、エネルギー変遷の全容の理解を目指す。2022年度は、観測ロケット実験FOXSI-4の実施に向けて、「X線高速度カメラ」や「高精度電気鋳造X線ミラー」といった日本が担当するキー技術の開発を実施した。「X線高速度カメラ」は、25μm厚の感受層を持つ裏面照射型CMOS検出器を用いたカメラを開発した。これにより、太陽フレアから放たれる10keVまでのX線に対し、十分な感度を持たせることができた。「高精度電気鋳造X線ミラー」は、FWHMで1秒角以下、HPDで15-20秒角程度の空間分解能を達成した。また数値計算においては、太陽フレアを2次元で再現したMHD計算結果を背景場とし、その中でのテスト粒子の運動と伝搬を追跡することで、粒子の加速が可能な領域と、そこで起きている加速機構を調査する取り組みを開始した。FOXSIシリーズで取得するX線撮像分光データは、新しい種類のデータである。そこで、その普及のために、2023年3月に2日間の日程で、FOXSI-3（2018年打ち上げ）で取得したデータの解析研究会を実施した。これらの活動には大学院生や若手研究者も参加しており、本研究は学生教育や若手育成にも役立っている。