2017 Fiscal Year Annual Research Report
マグネター放射機構の解明とガンマ線偏光観測のための次世代コンプトンカメラの開発
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17J04145
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
米田 浩基 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | ガンマ線検出器 / コンプトンカメラ / 電子飛跡検出 / 中性子星 / 大気吸収線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当年度は、電子飛跡を捉えるためのSi－CMOS検出器の開発に重点を置いて、研究を進めた。データ解析ソフトの改良や、データ読み出しシステムの見直しを行い、ノイズによる不感時間がまだあるものの、電子飛跡型コンプトンカメラとして使用できる検出器を完成することができた。また、X線偏光観測の先行研究を参考にしながら、電子飛跡画像の解析アルゴリズムをグラフ理論をベースとして開発し、電子飛跡の測定・解析が一通り行えるようになった。さらに、Si－CMOS検出器と、CdTe両面ストリップ検出器と組み合わせた、電子飛跡型コンプトンカメラのプロトタイプを製作した。これまでは半導体検出器において電子飛跡を用いたコンプトンイメージを取得することは難しかったが、開発した検出器や解析アルゴリズムを用いて、電子飛跡情報によってSN比が大きく向上したガンマ線の線源のイメージ取得に成功することができた。
並行して、マグネターと同じ天体カテゴリーに属する中性子星のうちの低質量X線連星の研究を進めた。SerpensX-1という中性子星を観測し、大気吸収線を探索し、重力赤方偏移の測定から中性子星の質量・半径比を測定しようと試みた。SerpensX-1は、可視光観測から軌道傾斜角が10度程度と小さいことがわかっており、中性子星の回転軸付近を観測することが可能であり、中性子星回転軸周辺は、伴星からの質量降着が起きていないので、中性子星大気を直に観測できるため、大気吸収線の発見が期待できる。高いエネルギー分解能を持ったChandra衛星のHETGの観測データを用いて、大気吸収線探索を行なったが、有意な発見には至らなかった。しかし、吸収線強度の上限値を見積もることができ、星表面の状況（温度、降着物質の表面分布、大気中の金属量）について、制限を与えることに成功した。
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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
当年度最初の計画では、Si-CMOS検出器の読み出しシステムの構築を目標としており、ノイズによる不感時間等いくつか問題はあるものの、電子飛跡型コンプトンカメラとして使用可能な検出器を開発できた。さらに、CdTe検出器と組み合わせた電子飛跡型コンプトンカメラのプロトタイプを製作し、電子飛跡情報を用いたコンプトンイメージのSN比の向上を実証することができた。したがって、電子飛跡型コンプトンカメラの開発においては、予定よりも進展することができた。一方、強磁場QED素過程をモンテカルロシミュレータに実装するという内容については、共同研究者と議論をしながら進めている。放射モデル計算を行う中性子星の環境を考慮して、十分な精度を持った素過程の断面積計算を進めている段階である。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子飛跡情報を用いたコンプトンイメージのSN比の更なる向上を図り、電子飛跡画像の解析手法の開発を進める。深層学習などの新たな手法を取り入れた方法の研究を進めつつ、読み出しシステムの改良を進め、ノイズ低減にも取り組む。また、引き続き、強磁場QED素過程のモンテカルロシミュレータへの実装を進める。導入後は、大質量星X線連星の中性子星なども適用対象とすることを検討しながら、放射モデル計算の構築に取り組んでいく予定である。
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