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Development of High Position Sensitive TES X-ray Microcalorimeter for Space X-ray Interferometer

Research Project

Project/Area Number 19K21884
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 16:Astronomy and related fields
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

野田 博文  大阪大学, 理学研究科, 助教 (50725900)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林 佑  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, 宇宙航空プロジェクト研究員 (00846842)
武井 大  国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 客員研究員 (10709372)
Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
KeywordsX線干渉計 / 超電導遷移端型X線マイクロカロリメータ / マイクロマシニング / X線天文学 / ブラックホール / 活動銀河核 / 放射光実験
Outline of Research at the Start

高い空間分解能を持つ「宇宙X線干渉計」を実現する一つの方策は、幅の狭い干渉縞でも捉えられる、高い光子入射位置の特定精度を持つX線検出器を開発することである。そこで本研究では、超伝導遷移端型X線マイクロカロリメータ技術を応用した「高位置精度X線検出器」を開発する。最初のステップとして、X線光子の入射位置を1 μm未満の高い精度で測定することを目標に据えると同時に、超電導遷移端型X線マイクロカロリメータの強みを活かした高いX線分光性能の実現にも挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、1台の人工衛星で実現できるX線干渉計を目指し、高い精度でX線光子の到来位置を特定できる極低温センサーの開発を行なっている。2つの超電導遷移端型マイクロカロリメータ(TES)を単一のX線吸収体によって繋ぎ、そこにX線光子が入射すると、光子の到来位置に依存した時間差を伴って、両端のTESが信号を検出するという新しい方法を用いる。本年度は、昨年度に数値シミュレーションを利用してデザインし、宇宙科学研究所のクリーンルームにてマイクロマシニング技術を利用して製作した素子を極低温まで冷却する実験を行った。その結果、X線吸収体の両端に配置したTESがともに~100 mKで超電導転移をすることを確認できた。さらに、極低温下で55Fe線源を用いて5.9 keVのX線光子をセンサーに照射する実験を行い、設計通り1つのX線光子の入射によって2つのTESで信号が検出できることを確認した。現在、2つのTESのパルス波形を詳細に解析し、両者の間の時間差がどの程度生じているかを調べている。さらに、センサー上に取り付けてX線光子の入射位置を制限するためのコリメータのデザインを進めるとともに、線源よりも強度の高い単色X線を発生させるためのX線発生装置を現在製作中である。また、活動銀河核やX線検出器関係の研究会に参加し、巨大ブラックホー ルやその周辺の様々な構造をX線干渉計によって空間分解するためには、X線光子の入射位置をどの程度の精度で検出しなければならないか検討を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の予定通り、昨年度製作した極低温センサーを冷却して超電導転移することを確認できたとともに、線源を用いたX線照射実験を行うことができた。極低温下での信号検出まで成功したため、開発は概ね順調に進んでいると言うことができる。

Strategy for Future Research Activity

X線光子の入射位置を制限するためのコリメータおよびそこにX線を照射するためのX線発生装置を製作し、それらを開発した極低温センサー上に取り付けた状態でX線照射実験を行う。センサーのどこにX線光子が当たったかを把握した上で、2つのTESの間の信号検出の時間差を特定し、光子入射位置の特定精度がどの程度実現できているかを確認する。さらに、この極低温センサーをSPring-8などの放射光施設で動作させ、X線干渉縞を実際に検出する実験に向けて検討を進める。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(16 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Broadband high-energy resolution hard x-ray spectroscopy using transition edge sensors at SPring-82021

    • Author(s)
      Yamada Shinya、Ichinohe Yuto、et al.
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 92 Pages: 013103-013103

    • DOI

      10.1063/5.0020642

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Screening and selection of XRISM/Xtend flight model CCD2021

    • Author(s)
      Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Hanaoka Maho et al.
    • Journal Title

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

      Volume: 985 Pages: 164646-164646

    • DOI

      10.1016/j.nima.2020.164676

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spatially resolved X-ray spectroscopy of the archetype type 2 active galactic nucleus NGC 1068 with Chandra2021

    • Author(s)
      Nakata Ryo、Hayashida Kiyoshi、Noda Hirofumi、Yoneyama Tomokage、Matsumoto Hironori、Imanishi Masatoshi
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 73 Pages: 338-349

    • DOI

      10.1093/pasj/psab001

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suzaku detection of solar wind charge exchange emission from a variety of highly ionized ions in an interplanetary coronal mass ejection2021

    • Author(s)
      Asakura Kazunori、Matsumoto Hironori、Okazaki Koki、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Hayashida Kiyoshi、Tsunemi Hiroshi、Nakajima Hiroshi、Katsuda Satoru、Ishi Daiki、Ezoe Yuichiro
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: - Pages: 1-15

    • DOI

      10.1093/pasj/psab015

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dust reverberation mapping of type 2 AGN NGC?2110 realized with X-ray and 3-5 μm IR monitoring2020

    • Author(s)
      Noda Hirofumi、Kawamuro Taiki、Kokubo Mitsuru、Minezaki Takeo
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 495 Pages: 2921-2929

    • DOI

      10.1093/mnras/staa1376

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Subsub-arcseconds x-ray imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM): experimental results2020

    • Author(s)
      Asakura Kazunori、Hayashida Kiyoshi、Hanasaka Takashi、Kawabata Tomoki、Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Sakuma Shotaro、Okazaki Koki、Ishikura Ayami、Hanaoka Maho、Ide Shuntaro、Hattori Kengo、Matsumoto Hironori、Tsunemi Hiroshi、Awaki Hisamitsu、Nakajima Hiroshi、Hiraga Junko S.
    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: -

    • DOI

      10.1117/12.2560772

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] Sub-arcseconds to micro-arcsecond x-ray imaging with multi image x-ray interferometer method (MIXIM): concept and scalabe mission plans2020

    • Author(s)
      Hayashida Kiyoshi、Asakura Kazunori、Ishikura Ayami、Hirofumi Noda (8番目) et al.
    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: -

    • DOI

      10.1117/12.2562193

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Journal Article] On-ground calibration of XRISM/Xtend CCD2020

    • Author(s)
      Yoneyama Tomokage、Noda Hirofumi、Hanaoka Maho et al.
    • Journal Title

      Proceedings of the SPIE

      Volume: - Pages: 1144425-1144425

    • DOI

      10.1117/12.2561524

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Discovery of a transient X-ray source Suzaku J1305-4930 in NGC 49452020

    • Author(s)
      Shuntaro Ide, Kiyoshi Hayashida, Hirofumi Noda, Hiroyuki Kurubi, Tomokage Yoneyama, Hironori Matsumoto
    • Journal Title

      PASJ

      Volume: 72

    • DOI

      10.1093/pasj/psaa023

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] State Transition of SMBH Accretion Studied with X-ray and UV Monitoring2021

    • Author(s)
      野田博文
    • Organizer
      日本天文学会2021年春季年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 「ひとみ」衛星搭載X線マイクロカロリメータによる初の活動銀河核 Fe-Kα 輝線の精密分光2021

    • Author(s)
      野田博文
    • Organizer
      日本物理学会2021年春季大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] X線とUVの同時観測で探る巨大ブラックホール降着流の状態遷移2021

    • Author(s)
      野田博文
    • Organizer
      ブラックホール降着流ミニ研究報告会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] X-ray Studies of Supermassive Black Hole Accretion State Transition2021

    • Author(s)
      Hirofumi Noda
    • Organizer
      Slovakia Sandwich workshop
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] X-ray Studies of Supermassive Black Holes and Jetted AGNs with XRISM2021

    • Author(s)
      Hirofumi Noda
    • Organizer
      Black Hole Astrophysics with VLBI: Multi-Wavelength and Multi-Messenger Era
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Constraining AGN physics from X-ray observations2020

    • Author(s)
      Hirofumi Noda
    • Organizer
      NECO workshop: Probing the Extragalactic Universe with High Energy and Very High Energy Sources
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MAXIとWISEで実現する2型AGN NGC2110のダスト反響マッピング2019

    • Author(s)
      野田博文、川室太希、小久保充、峰崎岳夫
    • Organizer
      日本天文学会2019年秋季年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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