Development of Large X-ray microcalorimeter array to study concentration and circulation of intergalactic medium

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H01260
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 山崎 典子 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 (20254146)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平山 文紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10357866) ; 山田 真也 首都大学東京, 理学研究科, 助教 (40612073)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 銀河間物質 / X線天文学 / 極低温検出器 / 超伝導回路

Outline of Annual Research Achievements

銀河と銀河間空間の相互作用、銀河間物質の銀河への集積と循環の歴史を探るために、理論計算に基づく研究と、X線での高エネルギー分解能多画素読み出しを可能 とする検出器の開発研究を平行してすすめている。理論的研究においては、公開されている大規模宇宙論シミュレーションデータを解析し、それにX線放射モデルを仮定して観測されるスペクトル，空間分布再構成する手法を確立しつつある。今後エネルギー分解能や空間分解能を仮定した擬似観測をおこない，銀河間物質の観測に必要な感度をきめていく。検出器の開発においては、高エネルギー分解能、空間分解能を実現するために，TES型マイクロカロリメータの多画素化，およびそれを読み出す回路の開発を行なっている。2019年度はTESの低温での特性を効率よく測定するためにACレジスタンスブリッジを導入した。多素子を同時に測定することができる。GHz多重化読み出し回路となる超伝導共振回路の設計、製作でをおこない，カロリメータと共振回路の結合試験を実施した。良好な結果をえており，論文にまとめるために解析をおこなっている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

理論的研究も大規模データを処理しつつX線観測データの再現が行なえている。また検出器の開発においても製作，開発が順調にすすみ，結合試験を行なえている。ただし，COVID-19の影響により，意図していた2020年3月の国際研究集会への参加ができなくなった。この研究会は従来のエネルギー分解能ではあるものの全天サーベイを行なっているeRosita衛星の最新成果発表が予定されていた。2020年度まで費用の持ち越しを行なったが結局研究集会はキャンセルされてしまった。

Strategy for Future Research Activity

理論的研究は，擬似観測データの作成により大規模構造形成をしつつある高温プラズマが，どのように観測されるか，そのために必要な感度はなにか，を定量的に把握をすすめる。検出器開発においては，2019年度の検出器と読み出し回路の結合試験の結果を解析し，より読み出しチャネル数を増やすには何が律速しているかを明らかにしつつ，広帯域化によるより多チャンネル化をすすめる。

Research Products

• [Journal Article] Investigation of Large Coupling Between TES X-Ray Microcalorimeter and Microwave Multiplexer Based on Microstrip SQUID (2019)
  • Author(s): Nakashima Yuki、Hirayama Fuminori、Kohjiro Satoshi、Yamamori Hirotake、Nagasawa Shuichi、Sato Akira、Yamasaki Noriko Y.、Mitsuda Kazuhisa
  • Journal Title: IEEE Transactions on Applied Superconductivity Volume: 29 Pages: 1～5
  • DOI: 10.1109/TASC.2019.2905688
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] マイクロ波多重回路による38画素超伝導転移端検出器の低雑音読出 (2020)
  • Author(s): 中島 裕貴,平山 文紀,神代 暁,山森 弘毅,永沢 秀一,佐藤 昭,山田 真也,早川 亮大,山崎 典子,満田 和久,永吉 賢一郎,赤松 弘規
  • Organizer: 日本応用物理学会
• [Presentation] ダークバリオン探査ミッションSuper DIOSの開発へ向けた検討IV (2019)
  • Author(s): 佐藤浩介,大橋隆哉,石崎欣尚,江副祐一郎,山田真也,山崎典子,中島裕貴,満田和久,石田学,前田良知, 三石郁之,田原譲, 藤本龍一,鶴剛,太田直美,大里健,中島真也,藤田裕,永井大輔,吉川耕司,河合誠之
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会