宇宙におけるバリオンの進化の解明を目指した超軽量・高角度分解能X線望遠鏡の開発

• Project/Area Number: 12J07045
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 三石 郁之 首都大学東京, 理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012 – 2014-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: X線 / 望遠鏡 / MEMS / X線望遠鏡

Research Abstract

我々のグループでは、マイクロマシン技術の一つであるMEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術をX線望遠鏡の製作に応用することで、世界最軽量望遠鏡を実現し、最終的には次世代衛星への搭載を目指している。本望遠鏡は、薄い基板に世界最小101μmスケールで反射鏡を敷き詰めることで、原理的に従来の望遠鏡より一桁以上軽く(有効面積~1000cm^2/kg)、かつ同時に高い角度分解能(~15秒角)を実現することができる。X線望遠鏡は、光軸方向以外からの入射光子を結像するため、二枚の望遠鏡を組み合わせる必要があり、この組み合わせ精度が最終的な望遠鏡の性能(有効面積や角度分解能)に大きく寄与してくる。そこで本年度は、自身が設計の一部を担当し、業者様と協力することで、従来の組み合わせ装置に改良を施した。測定系の改善と併せ、反射面の突起構造を除去するような製作プロセスの改善、および二段目望遠鏡に重金属を成膜し、X線照射試験を行った。結果、FWHM<10分角、集光力として一桁以上の改善に成功した。
また、本年度は自身が本望遠鏡の光線追跡シミュレーションの構築を行い、原理的に達成しうる性能を定量的に評価した(Mitsuishi et al.投稿中)。これは将来的には応答関数の構築につながり、目標とするサイエンスミッションの観測feasibilityを評価する上で必須となる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

前年度と比較し、二段型望遠鏡の結像試験にて得られた、特に有効面積が飛躍的に向上したのは大きな成果である。さらに、今後のサイエンス要求への観測feasibilityを定量的に評価する上で必須である光線追跡シミュレーションが構築されたことも大きな進展だと考えられる。しかしながら、望遠鏡の主要性能である角度分解能にまだ課題が残るため(目標はHPD<1分角)、是非とも来年度は角度分解能の改善を目指したい。

Strategy for Future Research Activity

今後は角度分解能の改善が最重要課題となるため、劣化の主要因と思われる、(1)反射面のラージスケール(>10μm)の粗さの低減、および(2)変形精度の向上を目指す。変形プロセスは、高温プレス加工を施すことで望遠鏡を球面変形し、角度分解能を向上させるためのプロセスである。しかしながら、曲率半径が設計値からずれたり、理想的な球面形状から歪んで変形された場合、角度分解能・有効面積の損失に寄与してしまう。そこで今後は、(1)を目指しドライエッチングプロセスの改善、および(2)の実現に向け、変形プロセス中の圧力および温度の条件出しを行っていく。

Research Products

• [Journal Article] Exploring Hot Gas at Junctions of Galaxy Filaments with Suzaku (2014)
  • Author(s): I. Mitsuishi, H. Kawahara, N. Sekiya, S. Sasaki, T. Sousbie, and N. Y. Yamasaki
  • Journal Title: ApJ Volume: 783 Pages: 137-148
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An X-ray study of the galactic-scale starburst-driven outflow in NGC 253 (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi, Noriko Y. Yamasaki ,Y. Takei
  • Journal Title: PASJ Volume: 65 Issue: 2 Pages: L31-L31
  • DOI: 10.1088/2041-8205/742/2/l31
  • Peer Reviewed
• [Presentation] すざく衛星を用いた大規模構造銀河フィラメントの交差点に付随した高温ガス探査 (2014)
  • Author(s): 三石 郁之, 佐々木 伸, 河原 創, 関谷 典央, 山崎 典子, Thierry Sousbie
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Place of Presentation: 国際基督教大学
  • Year and Date: 2014-03-19
• [Presentation] Explolring Hot Gas at Junctions of Galaxy Filaments with Suzaku (2014)
  • Author(s): I. Mitsuishi, H. Kawahara, N. Sekiya, S. Sasaki, T. Sousbie, and N. Y. Yamasaki
  • Organizer: Suzaku-MAXI 2014
  • Place of Presentation: Ehime, Japan
  • Year and Date: 2014-02-21
• [Presentation] Unresolved Soft X-Ray Emissions from the Galactic Plane (2014)
  • Author(s): I. Mitsuishi, T. Sato, K. Mitsuda, N. Y. Yamasaki, T. Ohashi, and D. McCammon
  • Organizer: Suzaku-MAXI 2014
  • Place of Presentation: Ehime, Japan
  • Year and Date: 2014-02-20
• [Presentation] 銀河の進化と高温ガスのダイナミクス (2014)
  • Author(s): 三石 郁之
  • Organizer: 宇宙の化学進化2014
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2014-01-29
  • Invited
• [Presentation] 銀河面からの軟X線背景放射 (2013)
  • Author(s): 三石 郁之, 佐藤 寿紀, 佐々木 伸, 大橋 隆哉, 森鼻 久美子, 辻本 匡弘, 満田 和久, 山崎 典子, Dan McCammon
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2013-09-12
• [Presentation] Assembly of a MEMS-based Wolter type-I X-ray optic toward a future planetary exploration mission (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi, Y. Ezoe, T. Ogawa, T. Kakiuchi, M. Ikuta, T. Hayashi, T. Sato, T. Ohashi, K. Mitsuda, K. Morishita, and K. Nakajima
  • Organizer: Optical MEMS & Nanophotonics
  • Place of Presentation: Kanazawa, Japan
  • Year and Date: 2013-08-21
• [Presentation] He Flow Rate Measurements on the Engineering Model for the Astro-H Soft X-ray Spectrometer Dewar (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi, Y. Ezoe, K. Ishikawa, N. Iijima, T. Ohashi, R. Fujimoto, K. Mitsuda, S. Tsunematsu, S. Yoshida, K. Kanao, M. Murakami, M. DiPirro, P. Shirron, and the SXS team
  • Organizer: The 25^<th> Space Cryogenics Workshop
  • Place of Presentation: Alaska, U. S.
  • Year and Date: 2013-06-24
• [Presentation] Unresolved Soft X-Ray Emission from the Galactic Disk (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi, T. Sato, K. Morihana, M. Tsujimoto, K. Mitsuda, N. Y. Yamasaki, and T. Ohashi, Dan McCammon
  • Organizer: 13^<th> Meeting of the High Energy Astrophysics Division
  • Place of Presentation: Monterey CA, U. S.
  • Year and Date: 2013-04-10
• [Presentation] マイクロマシン技術を用いたWolter l型宇宙X線望遠鏡の開発(2) (2013)
  • Author(s): 三石郁之、江副祐一郎、小川智弘、垣内巧也、生田昌寛、林多佳由、佐藤寿紀、大橋隆哉、満田和久、中嶋一雄、森下浩平
  • Organizer: 応用物理学会
  • Place of Presentation: 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 銀河面からの軟X線背景放射 (2013)
  • Author(s): 三石郁之、佐藤寿紀、大橋隆哉、森鼻久美子、辻本匡弘、満田和久、山崎典予、Dan McCammon
  • Organizer: IRSF勉強会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Ultra-Lightweight and High-Performance MEMS-based X-ray Optics for Future Astronomical Missions (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi. Y. Ezoe, T. Ogawa, T. Kakiuchi, M. Ikuta, T. Ohashi, K. Mitsuda, M. Horade, S. Sugiyama, H. Yamaguchi, R. Riveros, Y. Kanamori, K. Nakajima, K. Morishita
  • Organizer: JSPE
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2013-03-14
• [Presentation] Abundance distribution in the nearby merging groups NGC 7618 & UGC 12491 (2013)
  • Author(s): I. Mitsuishi, S. Sasaki, K. Hayashi, N. Iijima, M. Sato, and T. Ohashi
  • Organizer: Metal Production and Distribution in a Hierarchical Universe
  • Place of Presentation: Paris, France
• [Presentation] 銀河アウトフロー (2012)
  • Author(s): 三石郁之
  • Organizer: 複合的アプローチで探る宇宙の化学進化
  • Place of Presentation: 伊豆高原(招待講演)
  • Year and Date: 2012-10-28
• [Presentation] X-ray Properties of the Starburst-Driven Outflow in NGC 253 (2012)
  • Author(s): I. Mitsuishi. Noriko Y. Yamasaki, Y. Takei
  • Organizer: X-ray Astronomy : towards the next 50 years!
  • Place of Presentation: Milano, Italy
  • Year and Date: 2012-10-03
• [Presentation] MEMS-based novel X-ray optics for future astronomical missions (2012)
  • Author(s): I, Mitsuishi. Y. Ezoe, T. Moriyama, T. Ogawa, T. Kakiuchi, T. Ohashi, M. Mita, Y. Maeda, K. Mitsuda, M. Horade, S. Sugiyama, R. Riveros, H. Yamaguchi, Y. Kanamori, K. Morishita, K. Nakajima, R. Maeda
  • Organizer: Optical MEMS & Nanophotonics
  • Place of Presentation: Banff, Canada