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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Hard X-ray polarimetric observations of relativistic effects around super-massive black holes

Research Project

Project/Area Number 19H01908
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

高橋 弘充  広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (10536775)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林田 清  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30222227) [Withdrawn]
北口 貴雄  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (30620679)
川島 朋尚  東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (90750464)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords偏光観測 / 硬X線 / 気球実験 / ブラックホール
Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、日米瑞の国際共同研究によって硬X線偏光計XL-Calibur気球を1週間(以上)フライトさせ、超巨大ブラックホール(太陽質量の10の6-10乗倍)が周囲に及ぼす相対論的な効果を偏光観測によって特定することである。とくに一般相対論的な効果は、ブラックホールの自転(スピン)に起因し、宇宙物理学や天文学にとって重要な観測対象であり、スピンが高速なのかどうか30年以上にわたって論争が続いている。本研究では、XL-Calibur気球に世界最大の望遠鏡と改良した偏光計を搭載することで感度を1桁以上向上させ、遠方銀河に存在する超巨大ブラックホール(活動銀河核)の偏光観測を目指した。その実現に向け、望遠鏡を気球に搭載できるように改修し、また偏光計のバックグラウンドを低減した。
望遠鏡については、SPring-8の20-70 keVシンクロトロン光を利用して、エネルギー毎の結像性能・有効面積を較正した。望遠鏡を20℃に保つためのヒーターと温度計も付けた。可視光の平行光を利用することで、天体の観測方向と偏光計の方向をモニターする2台の可視光カメラと硬X線望遠鏡の光軸関係も測定した。これにより、望遠鏡のフライト準備が完了した。偏光計についても、0.8mm厚に薄くしたCZT半導体検出器(主検出部)と、阻止能の高いBGOシンチレータ(アクティブシールド部)を組み上げが米国において実施された。
2022年5-7月に気球打ち上げ場のスウェーデンEsrange実験場に滞在し、気球ゴンドラに望遠鏡を設置し、カナダまでの7日間のフライトを実施した。気球高度を保つバラスト運用に不具合があったため、天体信号を検出することはできなかったが、各機器の上空40kmでの動作および性能は想定通りであることが実証された。次回は2024年に再度スウェーデンからのフライトを計画している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] ワシントン大学/NASA/GSFC/ニューハンプシャー大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ワシントン大学/NASA/GSFC/ニューハンプシャー大学
  • [Int'l Joint Research] 王立工科大学(スウェーデン)

    • Country Name
      SWEDEN
    • Counterpart Institution
      王立工科大学
  • [Journal Article] The design and performance of the XL-Calibur anticoincidence shield2023

    • Author(s)
      Iyer N.K.、Takahashi H.、et al.
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: 1048 Pages: 167975~167975

    • DOI

      10.1016/j.nima.2022.167975

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] GRBAlpha: the smallest astrophysical space observatory -- Part 1: Detector design, system description and satellite operations2023

    • Author(s)
      Par Andras、Takahashi Hiromitsu、et al.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: - Pages: -

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The peak flux of GRB 221009A measured with GRBAlpha2023

    • Author(s)
      Ripa J.、Takahashi H.、Fukazawa Y.、Werner N.、Munz F.、Pal A.、et al.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202346128

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Performance of the X-Calibur hard X-ray polarimetry mission during its 2018/19 long-duration balloon flight2022

    • Author(s)
      Abarr Q.、Kitaguchi T.、Takahashi H.、et al.
    • Journal Title

      Astroparticle Physics

      Volume: 143 Pages: 102749~102749

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2022.102749

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Optical performance of the x-ray telescope for the XL-Calibur experiment2022

    • Author(s)
      Kamogawa Wataru、Kitaguchi Takao、Takahashi Hiromitsu、et al.
    • Journal Title

      SPIE proceedings

      Volume: 12181 Pages: 1218171~1218179

    • DOI

      10.1117/12.2626537

    • Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A study of the accretion mechanisms of the high-mass X-ray binary IGR J00370+61222021

    • Author(s)
      Uchida Nagomi、Takahashi Hiromitsu、Fukazawa Yasushi、Makishima Kazuo
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 73 Pages: 1389~1404

    • DOI

      10.1093/pasj/psab083

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Study of X-Ray Flux Variability of M872021

    • Author(s)
      Imazawa Ryo、Fukazawa Yasushi、Takahashi Hiromitsu
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 919 Pages: 110~110

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac0ae4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Origins of the Long-term Variability of the Near-infrared Emission of the Black Hole X-Ray Binary GRS 1915+105 in the X-Ray Low Luminous State2021

    • Author(s)
      Imazato Fumiya、Sasada Mahito、Uemura Makoto、Fukazawa Yasushi、Takahashi Hiromitsu、Nakaoka Tatsuya、Akitaya Hiroshi、Kawabata Koji S.、Akimoto Masanori、Fujisawa Kenta
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal

      Volume: 916 Pages: 114~114

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac07a3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detailed design of the science operations for the XRISM mission2021

    • Author(s)
      Terada Yukikatsu、Takahashi Hiromitsu、Kitaguchi Takao、et al.
    • Journal Title

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      Volume: 7 Pages: 037001~037001

    • DOI

      10.1117/1.JATIS.7.3.037001

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] XL-Calibur - a second-generation balloon-borne hard X-ray polarimetry mission2021

    • Author(s)
      Abarr Q.、Kitaguchi T.、Takahashi H.、et al.
    • Journal Title

      Astroparticle Physics

      Volume: 126 Pages: 102529~102529

    • DOI

      10.1016/j.astropartphys.2020.102529

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬X線集光偏光計XL-Calibur気球実験の2022年フライトと今後2023

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      第23回 宇宙科学シンポジウム
  • [Presentation] XRISM pre-pipeline/operations/ToO response2023

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      XRISM Data Analysis Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] X 線偏光観測から探るブラックホール周辺の物理2023

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      ブラックホールジェット・降着円盤・円盤風研究会2023
    • Invited
  • [Presentation] 戦略的中型で実現するX線偏光観測2023

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      第22回高宇連研究会
  • [Presentation] 硬X線集光偏光計XL-Calibur気球実験の2022年フライトと今後2023

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本天文学会2023年春季年会
  • [Presentation] 硬X線集光偏光計XL-Calibur気球実験の2022年フライトと今後2023

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本物理学会2023年春季年会
  • [Presentation] Science Operations2022

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      XRISM Team Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Science Operations2022

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      XRISM Science Team Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬 X 線集光偏光計 XL-Calibur 計画の 2022 年フライト2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      2022年度 大気球シンポジウム
  • [Presentation] 日米欧の国際協力で推進する硬X線集光偏光計XL-Calibur気球計画2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      第22回 宇宙科学シンポジウム
  • [Presentation] X線分光撮像衛星XRISMの観測データ処理とその準備状況2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本天文学会2022年春季年会
  • [Presentation] 硬X線偏光観測XL-Calibur気球実験の2022年フライトへ向けた準備状況2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本物理学会2022年春季年会
  • [Presentation] 200 MeV proton damages on Hamamatsu MPPCs (Si-PMs) and GRBAlpha CubeSat status2022

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      SiPM Radiation
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] In Orbit Degradation of Hamamatsu MPPCs (SiPMs)2022

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      Monitoring the high-energy sky with small satellites
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 硬X線偏光観測実験XL-Calibur気球の2022年フライトにおける現地準備状況2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本天文学会2022年秋季年会
  • [Presentation] X線偏光観測の今後2022

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      2040年代のスペース天文学
  • [Presentation] Operation Preparation: Science Operations2021

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      XRISM Science Team Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Science Operations2021

    • Author(s)
      Hiromitsu Takahashi
    • Organizer
      XRISM Team Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 硬X線偏光観測XL-Calibur気球実験の2022年フライトへ向けた準備状況2021

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季年会
  • [Presentation] 日米欧の国際協力で推進する硬 X 線集光偏光計 XL-Calibur 計画2021

    • Author(s)
      高橋弘充
    • Organizer
      2021年度 大気球シンポジウム

URL: 

Published: 2023-12-25  

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