| Project/Area Number |
22H00128
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 15:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
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| Research Institution | The University of Osaka (2023-2025)
The University of Tokyo (2022) |
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Principal Investigator |
小高 裕和 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (50610820)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
玉川 徹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (20333312)
川島 朋尚 一関工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (90750464)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥40,820,000 (Direct Cost: ¥31,400,000、Indirect Cost: ¥9,420,000)
Fiscal Year 2025: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2024: ¥13,390,000 (Direct Cost: ¥10,300,000、Indirect Cost: ¥3,090,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | 中性子星 / 強磁場 / X線偏光 / 微小ピクセル検出器 / 磁場 / 降着流 / ガンマ線偏光 / 符号化イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
中性子星の表面付近は、1兆ガウスを超える磁場が巨視的なスケールで存在するという宇宙でも圧倒的に特異な環境である。本研究は、中性子星の種族の中では天体環境の不定性が比較的小さい「降着型パルサー」に着目し、超強磁場の下で物質と放射が如何に振る舞うか、その物理過程の精密な理解を目指す。そのために実験・理論の両面で新技術を導入し、(1) シリコン半導体ピクセル検出器を利用した新しい硬X線偏光計の実用化、(2) 輻射流体シミュレーションとモンテカルロ輻射輸送計算の連携による降着流プラズマの3次元X線放射モデルの構築、(3) 広帯域X線スペクトル・ X線偏光解析によるモデルの検証とフィードバックを行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子星の表面付近は、1兆ガウスを超える磁場が巨視的なスケールで存在するという宇宙でも圧倒的に特異な環境である。本研究は、中性子星の種族の中では天体物理的な環境が比較的よくわかっている「降着型パルサー」に着目し、超強磁場の下で物質と放射が如何に振る舞うか、その物理過程の精密な理解を目指す。そのために実験・理論の両面で新技術を導入し、(1) シリコン半導体ピクセル検出器を利用した新しい硬X線偏光計の実用化、(2) 輻射流体シミュレーションとモンテカルロ輻射輸送計算の連携による降着流プラズマの3次元X線放射モデルの構築、(3) 広帯域X線スペクトル・ X線偏光解析によるモデルの検証とフィードバックを行うことを目的とする。
2024年度は、SPring-8のシンクロトロン放射光で新しく評価したピクセルサイズが1.5マイクロメートルと極めて小さいCMOSイメージセンサのX線偏光性能を論文としてまとめ出版した。これまで、ピクセルサイズが2.5マイクロメートルのCMOSセンサを用いて原理実証実験を行ってきたが、ピクセルサイズをさらに小さくすることで、大きな偏光モジューレションが得られ、ピクセルサイズを小さくすれば偏光感度を向上できることを実証した。また、適用エネルギーを低い方向に広げることに成功しており、サイエンスの応用範囲が広がることが期待できる。
天体解析において、Cen X-3の軌道２週にわたる広帯域X線データを取得し、時間変動の起源を星風の構造やその時間変化によって定量的に説明することに成功した。この論文は投稿済みである。また、SMC X-1の時間変動についても降着円盤の変動によって説明するモデルを構築中である。新たに進めている液体アルゴンを用いたガンマ線コンプトン偏光計の開発も順調である。
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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
半導体イメージセンサを用いたX線偏光計は、本研究でセンサの詳細な性能評価や解析手法の整理を行なったことで、測定原理およびその技術の観点では確立したと言える。さらなる偏光感度の向上を目指し、ピクセルサイズの小さなセンサの開発も進め、SPring-8のシンクロトロン放射光を用いた性能評価も期待通りの結果が出ており、論文を出版した。
天体データ解析においても成果が出ており、高い降着率のCen X-3の軌道２週にわたる広帯域X線データを取得し、時間変動を説明するモデルを構築し、論文投稿済みである。さらにエディントン光度を超えて光るSMC X-1についても、超軌道周期の変動を降着にジオメトリ変化で説明するモデルを構築中である。
これらを踏まえると概ね順調に成果の創出ができており、さらに新しいアイデアのガンマ線偏光計の開発にも踏み出すことができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに性能評価を実施した微小ピクセルセンサの実用システムの構築、新しいガンマ線偏光計の開発を推進する。また、天体物理の研究としては、降着流モデルを流体シミュレーション・輻射輸送シミュレーションを用いて構築し、研究計画通りNuSTAR・IXPE衛星のデータとの比較を行うほか、2023年に軌道投入されたXRISMの超精密分光データを説明できる降着型パルサーのモデル構築に取り組む。
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