2016 Fiscal Year Annual Research Report
Study on X-ray high-resolution spectroscopy of baryonic black hole jets
| Project/Area Number |
15H05438
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
山田 真也 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (40612073)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | X線 / 超電導検出器 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、ブラックホールからの高速の噴出流であるジェットの運動や、質量放出率、星間空間への影響を、日本のASTRO-H衛星とDIOS衛星による高精度のX線分光で調べ、ブラックホール周囲のエネルギー収支から銀河や銀河団ガスへのフィードバック機構を明らかにすることである。これまでASTRO-H衛星の試験から打ち上げ貢献し、最初の1ヶ月のデータ取得で、X線精密分光機を宇宙で動作させ、銀河団などのデータ取得には至った。ただし、衛星の姿勢制御のトラブルにより最初の1ヶ月で運用が終了した。このような環境下ではあるが、X線分光装置を搭載する代替機の立ち上げ作業を行った。特に代替機でも、サイエンスに直結するデータ処理部を素早く製造し、性能の確認をする必要があるため、これまでの地上試験のデータや実験を分析し、最適な方法での実現が重要となる。将来は半導体のカロリメータではなく、超伝導体のカロリメータによる多画素化により、レート耐性やイメージ能力の向上が必須となる。そのため、マイクロ波による多画素の読み出し方式の開発を進め、汎用的なFPGAとAD /DAボードを用いて数ピクセルの多画素化の実証に取り組んだ。マイクロ波による読み出し方式は、ATHENA衛星で採用されている周波数読み出しによるセンサーをACバイアスで駆動することに起因する超伝導体の不安定性とは無縁な技術で、センサーはつねにDCでバイアスしたまま、信号の多重化を可能にする。これの複素ダウンコンバーターの設計と実証までは進めることができた。ブラックホールの降着流については、星風の影響を考慮した研究も進めており、星から運ばれる磁場の変動により、降着円盤の外縁部のトーラスのような降着流の流れに変化が起きて、X線の状態遷移へと繋がっている可能性も見えてきた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、ASTRO-H/ひとみ衛星が打ち上げ後１ヶ月に運用を終了したことで、その後に想定していた観測が実現できなかったという点において、予期せぬ事態であった。この事態を受けて、昨年度から代替機での精密分光に向けて検討を行い、なんとか代替機への道のりへの目処がたってきた。また、将来に向けて、新しい超伝導体のカロリメータによる多画素化の技術の開発にも着手した。特に、産総研、宇宙研、ハードウェアメーカーとの共同研究を立ち上げ、マイクロ波による多画素の読み出し方式の開発を進め、汎用的ではあるが高機能なFPGAと新しい１ギガサンプリングのAD/DAボードを用いて数ピクセルの多画素化の実証に取り組んだ。マイクロ波による読み出し方式は、2030年に向けて、米欧の研究所は競って研究が始まっており、日本の他機関での立ち上げもあり、世界的な競争が始まろうとしている。実験技術としてコンピュータが得意であるのを生かして、シミュレーションによる研究も始めた。ブラックホールからの恒星風の影響を考慮した研究も進め、大域的に降着流と状態遷移の関係の理解に迫ろうと考えている。「すざく」衛星で取得された最もソフトな状態のスペクトルの解析を進めて、時間変動も考慮することで、過去に報告されたブラックホールのスピンの値は、コンプトン散乱の影響を考えると、やや小さい値になることを示した。このように、既存のデータ、運用中の衛星のデータを駆使して、サイエンスも継続してゆく。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これからは、代替機に搭載される精密分光器の性能や、さらなる確実性を増すように、フライトのスペア品などを用いた地上実験や検証を進める。特に、ひとみ衛星では検証ができなかったゲートバルブの開閉構造や、ゲートバルブを開けた時のノイズの影響を抑えるように、システムへの影響を考える。サイエンスデータを正しく解釈するためには、センサーの分解能に直結するデジタル部の性能が重要であり、デジタル部の開発を進めるとともに、センサーと組み合わせて、検出器の較正を行い、新規の検出器の応答関数の構築を目指す。将来に向けて、超電導検出器のマイクロ波読み出しの開発を進めて、多素子のマイクロカロリメータ読み出しに向けた実験インフラを構築する。マイクロ波の読み出しにおいては、室温デジタル部では、GHz でのサンプリングと、高速の複素ダウンコンバータをピクセル分だけパラレルで行う必要があり、この実現に向けて、産総研他と協力して、読み出し帯域の最適化と、読み出しの実証を進める。復調した信号を圧縮して、必要な部分だけを、ユーザーのマシンに伝送するために、FPGA内でのトリガー機能や、パケット化の作業を進め、800MHzでのサンプリングが実現できるように調整する。ブラックホールの解析も、「すざく」衛星のアーカイブデータの解析を進め、理論的な降着流の時間変動の計算も進めて、ブラックホール近傍の時間変動の理解を理論も含めて進め、必要に応じて、強力なマシンを用いたシミュレーションも走らせて計算も自ら行う。
|
