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

2020 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 立教大学, 理学部, 准教授 (40612073) ; 大橋 隆哉 東京都立大学, 理学研究科, 客員教授 (70183027)
• 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た。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、観測上どのように見えるか、という擬似観測をおこない，全体のスペクトル，輝度分布の空間ゆらぎ，そのエネルギー依存性などをしらべた。論文として出版すべく準備中である。検出器の開発においては、上記の理論研究を参考にして、高エネルギー分解能、空間分解能で、感度を高める目標を定めつつ、TES型マイクロカロリメータの製作をおこなった。2020年度はCOVID-19の影響により，クリーンルームでの作業に制限がでることも多かったが，リモート監視装置の導入なども行ないつつ，設計の修正などもふくめ大画素化を可能とする素子製作をおこなった。GHz多重化読み出し回路となる超伝導共振回路の設計、製作では，カロリメータと共振回路の結合試験を行ない，38チャネルの同時検出を行なうなど良好な結果を得，論文として発表した。今後の課題としては，空間分解能15秒以下の観測を可能とするため，さらなる帯域の拡大による同時読み出しチャネル数の拡大をおこない，現実的な観測装置の提案を行なうことである。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] SRON(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: SRON
• [Journal Article] Low-noise microwave SQUID multiplexed readout of 38 x-ray transition-edge sensor microcalorimeters (2020)
  • Author(s): Nakashima Y.、Hirayama F.、Kohjiro S.、Yamamori H.、Nagasawa S.、Sato A.、Yamada S.、Hayakawa R.、Yamasaki N. Y.、Mitsuda K.、Nagayoshi K.、Akamatsu H.、Gottardi L.、Taralli E.、Bruijn M. P.、Ridder M. L.、Gao J. R.、den Herder J. W. A.
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 117 Pages: 122601～122601
  • DOI: 10.1063/5.0016333
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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 VII (2021)
  • Author(s): 佐藤浩介 、大橋隆哉、石崎欣尚、江副祐一郎、藤田裕 、山崎典子、石田学、前田良知、満田和久、中島裕貴 、三石郁之、田原譲、藤本龍一 、鶴剛 、太田直美 、大里健 、永井大輔 、吉川耕司、河合誠之、松下恭子、山田真也、一戸悠人、内田悠介
  • Organizer: 日本天文学会 2021年度春季年会
• [Presentation] Development of microwave multiplexer for the Super DIOS mission: 38 transition-edge sensor x-ray microcalorimeter readout with microwave multiplexing (2020)
  • Author(s): Yuki Nakashima, Fuminori Hirayama, Satoshi Kohjiro, Hirotake Yamamori, Shuichi Nagasawa, Akira Sato, Shinya Yamada, Ryota Hayakawa, Noriko N. Yamasaki, Kazuhisa Mitsuda, Kenichiro Nagayoshi, Hiroki Akamatsu, Luciano Gottardi, Emanuele Taralli, Marcel P. Bruijn, Marcel L. Ridder, Jian-Rong Gao, and Jan Willem den Herder
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Super DIOS mission for exploring "dark baryon" (2020)
  • Author(s): K. Sato, T. Ohashi, Y. Ishisaki, Y. Ezoe, S. Yamada, N. Yamasaki, K. Mitsuda, M. Ishida, Y, Maeda, Y. Nakashima, I. Mitsuishi, Y. Tawara, R. Fujimoto, T. Tsuru, N. Ota, K. Osato, S. Nakashima, Y. Fujita, D. Nagai, K. Yoshikawa, N. Kawai, K. Matsushita, Y. Ichinohe, Y. Uchida
  • Organizer: SPIE Space Telescopes and Instrumentation 2020
  • Int'l Joint Research