超軽量X線望遠鏡を用いた地球周辺における電荷交換反応の俯瞰的な広視野撮像

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19J20910
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 伊師 大貴 東京都立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Keywords: X線天文学 / 電荷交換X線 / 超軽量X線望遠鏡 / 微細加工技術 / 地球磁気圏 / 惑星科学

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、地球磁気圏に付随した電荷交換X線放射の理解と太陽惑星系科学への発展を目的として、月付近の探査衛星を用いた俯瞰的かつ広視野の将来観測に向けた独自の超軽量X線望遠鏡の開発および既存の天文衛星データにもとづく高精度発光予測モデルの構築を行うものである。望遠鏡開発では、これまでに最適化してきた製作プロセスをもとに EM 相当の望遠鏡コンポーネントを試作し、微動台を用いた精密アライメント装置で組み立て、ハウジングに取り付けるための固定リングへの接着作業まで行った。一通り完遂したのは初である。打ち上げ後に望遠鏡や接着材が晒される熱・放射線量を見積もり、それらを模擬した環境試験を行い、必要な環境耐性も確かめた。関連する成果は投稿論文や学会発表としてまとめており、2024-25 年頃 (太陽活動極大) に打ち上げを目指す GEO-X 衛星に向けて着実に成果を上げた。発光モデル構築では、地球磁気圏の太陽風応答や外圏大気の経験モデルを組み合わせ、リアルタイム太陽風データを用いた独自の地球周辺における電荷交換X線放射シミュレーションコードを開発した。「すざく」や XMM-Newton 衛星の系統解析で得られた発光イベントデータベースと比較した結果、ファクタ 2 程度の高精度予測を達成した。本モデルは、衛星の地球周回に伴う視線変化で生じる突発的な強度変動も再現できており、あらゆる天文観測のノイズ予測に使えるだけでなく、GEO-X 衛星の観測予測にも寄与するため、まさに画期的である。同様に関連する成果は学会発表を行い、投稿論文および博士論文としてまとめた。海外最大規模のオンラインニュースサイト EurekAlert! に本研究の紹介記事を掲載した。

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

• [Journal Article] Modeling of geocoronal solar wind charge exchange events detected with Suzaku (2023)
  • Author(s): D. Ishi, K. Ishikawa, Y. Miyoshi, N. Terada, Y. Ezoe
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 75 Pages: 128-152
  • DOI: 10.1093/pasj/psac095
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Improvement of imaging performance of silicon micropore X-ray optics by ultra long-term annealing (2022)
  • Author(s): A. Fukushima, D. Ishi, Y. Ezoe, K. Ishikawa, M. Numazawa, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, Y. Ueda, H. Morishita, L. Sekiguchi, T. Murakawa, Y. Tsuji, K. Mitsuda, Y. Kanamori
  • Journal Title: Optics Express Volume: 30 Pages: 25195-25207
  • DOI: 10.1364/OE.459774
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of Bragg reflection-type X-ray polarimeter based on a bent silicon crystal using hot plastic deformation (2022)
  • Author(s): Y. Ueda, T. Uchino, D. Ishi, Y. Ezoe, K. Ishikawa, M. Numazawa, A. Fukushima, S. Sakuda, A. Inagaki, H. Morishita, L. Sekiguchi, T. Murakawa, Y. Tsuji, H. Hiromoto, K. Mitsuda, K. Morishita, K. Nakajima
  • Journal Title: Proc. SPIE (Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray) Volume: 12181 Pages: 121812O
  • DOI: 10.1117/12.2629635
  • Open Access
• [Journal Article] Ultra-lightweight X-ray telescope fabricated with multiple MEMS technologies for GEO-X mission (2022)
  • Author(s): M. Numazawa, Y. Ezoe, K. Ishikawa, D. Ishi, A. Fukushima, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, H. Morishita, Y. Ueda, T. Murakawa, L. Sekiguchi, Y. Tsuji, I. Mitsuishi, H. Nakajima, Y. Kanamori, K. Morishita, K. Mitsuda
  • Journal Title: Proc. SPIE (Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray) Volume: 12181 Pages: 121815G
  • DOI: 10.1117/12.2630501
  • Open Access
• [Journal Article] Collimator of the ultra-lightweight X-ray telescope for the GEO-X mission (2022)
  • Author(s): K. Ishikawa, T. Murakawa, D. Ishi, M. Numazawa, A. Fukushima, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, H. Morishita, Y. Ueda, L. Sekiguchi, Y. Tsuji, Y. Ezoe
  • Journal Title: Proc. SPIE (Space Telescopes and Instrumentation 2022: Ultraviolet to Gamma Ray) Volume: 12181 Pages: 121816O
  • DOI: 10.1117/12.2631464
  • Open Access
• [Journal Article] Suzaku detection of solar wind charge exchange emission from a variety of highly ionized ions in an interplanetary coronal mass ejection (2021)
  • Author(s): K. Asakura, H. Matsumoto, K. Okazaki, T. Yoneyama, H. Noda, K. Hayashida, H. Tsunemi, H. Nakajima, S. Katsuda, D. Ishi, Y. Ezoe
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 73 Pages: 504-518
  • DOI: 10.1093/pasj/psab015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Modeling of solar wind charge exchange X-ray emission associated with the Earth's magnetosphere and exosphere (2023)
  • Author(s): D. Ishi, K. Ishikawa, Y. Ezoe, Y. Miyoshi, N. Terada
  • Organizer: The 24th Symposium on Planetary Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 地球磁気圏に付随した電荷交換X線放射の観測およびモデリング研究 (2023)
  • Author(s): 伊師大貴
  • Organizer: 第22回 高宇連研究会 + 博士論文発表会
• [Presentation] 地球磁気圏に付随した電荷交換X線放射の時空間変動モデル構築 (2023)
  • Author(s): 伊師大貴, 石川久美, 江副祐一郎, 三好由純, 寺田直樹
  • Organizer: 日本天文学会 2023 年春季年会
• [Presentation] MEMS 技術を用いた超軽量X線望遠鏡の開発 (2023)
  • Author(s): 村川貴俊, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴, 福島碧都, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 満田和久, 森下浩平, 中嶋一雄, 金森義明
  • Organizer: 第23回 宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] すざく衛星X線観測データを用いた彗星コマの中性気体組成分析 (2023)
  • Author(s): 関口るな, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴
  • Organizer: 第24回 惑星圏研究会
• [Presentation] 原子層堆積法を用いた Co 成膜 Si 光学系の開発 (2023)
  • Author(s): 辻雪音, 伊師大貴, 福島碧都, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 村川貴俊, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 満田和久
  • Organizer: 日本天文学会 2023 年春季年会
• [Presentation] GEO-X 衛星に向けた迷光防止用コリメータの開発 (2023)
  • Author(s): 村川貴俊, 石川久美, 沼澤正樹, 江副祐一郎, 伊師大貴, 福島碧都, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 満田和久
  • Organizer: 日本天文学会 2023 年春季年会
• [Presentation] 超軽量X線望遠鏡への原子層堆積法による Co 成膜の研究 (2023)
  • Author(s): 辻雪音, 伊師大貴, 福島碧都, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 村川貴俊, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 満田和久
  • Organizer: 化学工学会第88年会
• [Presentation] Development of an ultra-lightweight X-ray telescope using MEMS technology (2022)
  • Author(s): H. Morishita, Y. Ezoe, K. Ishikawa, M. Numazawa, D. Ishi, A. Fukushima, T. Uchino, S. Sakuda, A. Inagaki, Y. Ueda, L. Sekiguchi, Y. Tsuji, T. Murakawa, K. Mitsuda, K. Morishita, K. Nakajima, Y. Kanamori
  • Organizer: Japan Geoscience Union Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pt-coated Si X-ray optics with plasma atomic layer deposition for GEO-X mission (2022)
  • Author(s): M. Numazawa, D. Ishi, A. Fukushima, Y. Ezoe, K. Ishikawa, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, H. Morishita, Y. Ueda, T. Murakawa, Y. Tsuji, L. Sekiguchi, K. Mitsuda
  • Organizer: 22nd International Conference on Atomic Layer Deposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Co-coated Si X-ray optics with atomic layer deposition (2022)
  • Author(s): Y. Tsuji, A. Fukushima, D. Ishi, Y. Ezoe, K. Ishikawa, M. Numazawa, T. Uchino, S. Sakuda, A. Inagaki, Y. Ueda, H. Morishita, L. Sekiguchi, T. Murakawa, K. Mitsuda
  • Organizer: 22nd International Conference on Atomic Layer Deposition
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of Bragg reflection-type X-ray polarimeter based on a bent silicon crystal using hot plastic deformation (2022)
  • Author(s): Y. Ueda, T. Uchino, D. Ishi, Y. Ezoe, K. Ishikawa, M. Numazawa, A. Fukushima, S. Sakuda, A. Inagaki, H. Morishita, L. Sekiguchi, T. Murakawa, Y. Tsuji, H. Hiromoto, K. Mitsuda, K. Morishita, K. Nakajima
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ultra-lightweight X-ray telescope fabricated with multiple MEMS technologies for GEO-X mission (2022)
  • Author(s): M. Numazawa, Y. Ezoe, K. Ishikawa, D. Ishi, A. Fukushima, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, H. Morishita, Y. Ueda, T. Murakawa, L. Sekiguchi, Y. Tsuji, I. Mitsuishi, H. Nakajima, Y. Kanamori, K. Morishita, K. Mitsuda
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Collimator of the ultra-lightweight X-ray telescope for the GEO-X mission (2022)
  • Author(s): K. Ishikawa, T. Murakawa, D. Ishi, M. Numazawa, A. Fukushima, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, H. Morishita, Y. Ueda, L. Sekiguchi, Y. Tsuji, Y. Ezoe
  • Organizer: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] すざくの成果とモデル比較 (2022)
  • Author(s): 伊師大貴, 石川久美, 江副祐一郎, 三好由純, 寺田直樹
  • Organizer: 研究会「GEO-X 計画と太陽系X線天文学に向けて」
  • Invited
• [Presentation] MEMS 技術を用いた超軽量X線望遠鏡の開発 (2022)
  • Author(s): 森下弘海, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴, 福島碧都, 内野友樹, 作田紗恵, 稲垣綾太, 上田陽功, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 満田和久, 森下浩平, 中嶋一雄, 金森義明
  • Organizer: 第22回 宇宙科学シンポジウム
• [Presentation] X線反射率向上を目指した原子層堆積法による軽元素膜付け (2022)
  • Author(s): 石川久美, 伊師大貴, 江副祐一郎, 沼澤正樹, 福島碧都, 内野友樹, 作田紗恵, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 満田和久
  • Organizer: 日本天文学会 2022 年春季年会
• [Presentation] MEMS 技術を用いた Schmidt 配置 Lobster eye 光学系の開発 II (2022)
  • Author(s): 作田紗恵, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴, 福島碧都, 内野友樹, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 満田和久, 金森義明, 森下浩平
  • Organizer: 第69回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 微細加工技術を用いた軽量ロブスターアイ光学系の開発 (2022)
  • Author(s): 石川久美, 伊師大貴, 福島碧都, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 山口和馬, 石川怜, 森本大輝, 山田裕太, 沼澤正樹, 江副祐一郎, 満田和久, 金森義明, 森下浩平
  • Organizer: 日本天文学会 2022 年秋季年会
• [Presentation] X線天文衛星「すざく」で観測した彗星におけるコマの中性気体組成分析 (2022)
  • Author(s): 関口るな, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴
  • Organizer: 日本天文学会 2022 年秋季年会
• [Presentation] Smoothing of silicon micropore X-ray optics by thermal annealing (2021)
  • Author(s): A. Fukushima, Y. Ezoe, K. Ishikawa, D. Ishi, S. Sakuda, T. Uchino, A. Inagaki, Y. Ueda, H. Morishita, L. Sekiguchi, T. Murakawa, Y. Tsuji, M. Numazawa, K. Mitsuda, Y. Kanamori
  • Organizer: 34th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 「すざく」と XMM-Newton 衛星による地球周辺電荷交換X線の多点同時観測 (2021)
  • Author(s): 伊師大貴, 石川久美, 江副祐一郎, 三好由純, 寺田直樹
  • Organizer: 第150回 地球電磁気・地球惑星圏学会
• [Presentation] 原子層堆積法を用いた Co 成膜 Si 光学系のX線反射率評価 (2021)
  • Author(s): 福島碧都, 伊師大貴, 江副祐一郎, 石川久美, 内野友樹, 作田紗恵, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 沼澤正樹, 満田和久
  • Organizer: 第82回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] MEMS 技術を用いた Schmidt 配置 Lobster eye 光学系の開発 (2021)
  • Author(s): 作田紗恵, 江副祐一郎, 石川久美, 沼澤正樹, 伊師大貴, 福島碧都, 内野友樹, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 満田和久, 金森義明, 森下浩平
  • Organizer: 第82回 応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 次世代X線偏光観測衛星を目指した高温塑性変形 Si 湾曲ブラッグ反射光学系のミッション検討 (2021)
  • Author(s): 内野友樹, 伊師大貴, 廣本悠透, 江副祐一郎, 石川久美, 福島碧都, 作田紗恵, 稲垣綾太, 上田陽功, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 沼澤正樹, 満田和久, 森下浩平, 中嶋一雄
  • Organizer: 日本天文学会 2021 年秋季年会
• [Presentation] 広視野を少数の撮像素子でカバーする多重化ロブスターアイX線光学系 (2021)
  • Author(s): 内山慶祐, 玉川徹, 三原建弘, 榎戸輝揚, 沼澤正樹, 周圓輝, 江副祐一郎, 伊師大貴, 福島碧都, 内野友樹, 作田紗恵, 石川久美, 森下弘海, 関口るな, 辻雪音, 村川貴俊, 稲垣綾太, 上田陽功, 坂本貴紀
  • Organizer: 日本天文学会 2021 年秋季年会