重力波イベント電磁波対応天体の早期観測を目指した全天X線モニタ用光学系の開発

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K03890
• Research Institution: Aoyama Gakuin University
• Principal Investigator: 杉田 聡司 青山学院大学, 理工学部, 助教 (30573563)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 重力波イベント電磁波対応天体 / 全天モニタ / X線光学

Outline of Annual Research Achievements

本研究は「平板X線反射鏡の開発工程の確立」、「科学的要求を達成する性能の光学系の設計」の 2 点の達成を目標とする。 2020 年度はX線反射鏡の高精度化を進めた。平滑なフロートガラス上に DC マグネトロンスパッタ装置で 100 nm 厚程度のタングステンを成膜し、X線反射面を製作した。厚さ 200 mm のアルミ平板にフォイルレプリカ法を用いてタングステン鏡面を転写し、薄板X線反射鏡を製作した。このレプリカ法の工程にスピンコーターを導入した。スピンコートとは平滑な基材を高速回転させる事により遠心力で薄膜を構成する装置であり、本研究ではアルミ基板に反射鏡面を転写するための接着剤を均質に塗布するために使用した。スピンコーターを用いることによりX線反射鏡の表面の平滑性を数 μm に抑えることに成功した。
光学系の設計に関して、Geant 4 による光学シミュレーションを用いて二回反射によるX線集光となる反射鏡のデザインを検討した。実際の天体観測における性能を評価できるようにするため、天体観測時の主なバックグラウンド源である宇宙X線背景放射をシミュレーションに取り込んだ。バックグラウンドを宇宙X線背景放射とした時、重力波イベントの電磁波対応天体のX線放射がどの程度の明るさであれば検出可能であるかのシミュレーションを行った。その結果現在運用されている全天モニタ MAXI の検出感度に対して一桁低い 10^(-10)erg/cm^2/s 程度の検出感度を持つ設計を行うことに成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年度は緊急事態宣言の影響やそれに伴う大学の対応などにより、宇宙科学研究所で行う予定だったX線測定の実験の日程を組むことができなかった。ただし大学研究室で行うことができる実験として、スピンコーターを導入しX線反射鏡面の高精度化を進めた。

Strategy for Future Research Activity

光学シミュレーションによって設計したデザインをもとに2020年度に行う予定だったX線測定の実験の実験を行う。実際の集光系は多重薄板型として複数の反射鏡を配置するが、その一部の実現した筐体を作成し、高精度化したX線反射鏡を詰めたテストモデルを製作する。宇宙科学研究所の X 線ビームラインにおいて反射集光像を測定し性能を評価する。

Causes of Carryover

緊急事態宣言とそれに対する大学の対応などにより、2020年度に行う予定だった実験を2021年度にずらすことになったため、実験の準備にかかる費用がかからなかった。