| Project Area | The creation of multi-messenger astrophysics -- The unified picture of dynamical universe driven by births of black holes |
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| Project/Area Number |
23H04898
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
米徳 大輔 金沢大学, 数物科学系, 教授 (40345608)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 英雄 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30219464)
有元 誠 金沢大学, 先端宇宙理工学研究センター, 准教授 (40467014)
郡司 修一 山形大学, 理学部, 教授 (70241685)
土居 明広 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (90403641)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥190,580,000 (Direct Cost: ¥146,600,000、Indirect Cost: ¥43,980,000)
Fiscal Year 2025: ¥36,660,000 (Direct Cost: ¥28,200,000、Indirect Cost: ¥8,460,000)
Fiscal Year 2024: ¥39,910,000 (Direct Cost: ¥30,700,000、Indirect Cost: ¥9,210,000)
Fiscal Year 2023: ¥60,060,000 (Direct Cost: ¥46,200,000、Indirect Cost: ¥13,860,000)
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| Keywords | ガンマ線バースト / 人工衛星 / 初期宇宙 / マルチメッセンジャー天文学 / 重力波 / X線天文学 / ブラックホール / Ｘ線天文学 / 赤外線天文学 |
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| Outline of Research at the Start |
本計画研究は、「マルチメッセンジャー天体の徹底的な電磁波探査」をスローガンとして掲げ、2030年頃にＸ線と可視光・近赤外線観測が融合した世界唯一のミッションコンセプトの人工衛星を実現することを目的とする。それに向けて、従来の人工衛星と比較して1.5 桁も高感度な広視野Ｘ線モニターと、その発見直後から高感度な近赤外線望遠鏡で追観測を実現するための衛星システムの検討や基礎開発を行う。2025 年頃にプロジェクト化し、2030 年代のマルチメッセンジャー天文学を牽引する基盤を形成することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
広視野X線モニターの焦点面検出器として採用するpnCCDの読み出し回路基板を開発した。pnCCDは50mm角の大型のセンサーで、従来のCCDと比べて1000倍程度の速度の高速読み出しを実現する専用の集積回路を搭載し、観測装置に組み込む際の熱設計を施した回路基板を製造した。pnCCD検出器との組み合わせは今後の課題であるが、テスト信号を用いて集積回路を駆動することで電気信号の読み出しを実証した。また、広視野X線モニターの信号処理部であるFPGAで突発天体を発見するためには、専用のロジックを組み込む必要がある。これまでの研究で使用してきたFPGA基板では、信号を読み出すことしかできなかったため、突発天体発見機能として必要な回路規模を検討し、FPGAを選定した。
近赤外線望遠鏡は軌道上で200K以下に冷却することで波長2.5umで最高の検出器パフォーマンスを発揮させることを目標としている。熱数学モデルを作成し、軌道上で想定される最悪姿勢の状態でも170K以下を保つことができることを見いだせたため、非常に大きな進展であった。
上記の広視野X線モニターと近赤外線望遠鏡のデータをオンボードで処理するためのソフトウェア開発を行った。X線強度をヒストグラム化して詳細な位置を同定する機能と、近赤外線望遠鏡のシミュレーションデータから天体を抽出できるようになった。また、人工衛星搭載のCPUは演算速度が限られることから、真に必要な機能のみを抽出し、演算の高速化を図った。特に近赤外線望遠鏡の画像データの処理を数分程度の速度で実現できる可能性を見いだせたことは大きな成果であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
広視野X線モニターで用いるpnCCDの読み出し回路の検討のためには、衛星システムや観測装置全体の検討状況を反映した熱設計を施す必要があった。しかしながらこれらの検討状況が遅延したため、一部の研究費を繰り越し、2024年度に設計・設計を行うこととした。2024年度末までに上記の開発を遂行することができたため、遅延は生じたものの概ね順調に進展していると言える。また、近赤外線望遠鏡の熱設計やオンボードソフトウェアの開発は当初の予定通り進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
広視野X線モニターの読み出し技術を確立するために、小型のpnCCD検出器と集積回路を実装した回路を用いて、自作のデジタル変換回路やFPGAロジックを用いた読み出し回路の全系統を完成させる。その次に、大型のpnCCDを実装した検出器を製造した性能評価を実施する。また、広視野観測を実現するためのロブスターアイ光学系のアラインメント方法が確立できてきたため、宇宙科学研究所のX線ビームラインを用いて有効面積や角度応答の把握を行う。
近赤外線望遠鏡は鏡も筐体も全て同一のアルミ合金素材で製造することで、温度変化に伴う熱収縮を相似変形として吸収し、結像性能を維持する方法を採用している。これまでに熱的成立性を確認できたが、温度勾配を十分に把握する必要がある。また、近赤外線検出器は120K以下に冷却する必要があるため、専用のラジエータを必要とする。望遠鏡全体の設計の中で適切に組み込む事ができるかを検討する。
オンボード処理系では複数の観測装置をつなぐネットワーク構成を検討し、コマンドやデータを適切に送受信できるような方策を検討する必要がある。これまでの人工衛星で採用された方式を調査し、実機を用いた検証とともに成立性を検討する。
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