宇宙線の加速機構に迫るＸ線ＳＯＩピクセル検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 15J01842
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松村 英晃 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2016年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2015年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: 超新星残骸 / SOIピクセル検出器 / 過電離プラズマ / FORCE衛星計画 / 宇宙線加速 / XRPIX / X線天文学 / 再結合プラズマ / SOI検出器 / X線ピクセル検出器

研究実績の概要

今年度は、超新星残骸 IC 443の天体解析および、イベント駆動型SOIピクセル検出器 XRPIXのエネルギー分解能向上のための素子開発を行った。
昨年度の研究により、超新星残骸 G166.0+4.3 の分子雲が相互作用している領域から再結合優勢な過電離プラズマを発見し、過電離プラズマの生成起源が冷たい分子雲との熱伝導であると結論付けた。他の超新星残骸も同様に調査するため、IC 443 に着目した。IC 443 は分子雲と相互作用している超新星残骸であり、先行研究より中心領域から過電離プラズマが発見されている。しかし、分子雲と接触している領域のプラズマの状態は調査されていない。私の解析によって、この領域もプラズマが過電離状態であることを確認た。また、期待していた通りこのプラズマの電子温度は、他の領域よりも優位に低い値であった。G166.0+4.3 の結果と同じく、過電離プラズマの起源が分子雲との熱伝導であることを強く示唆する結果である。本研究については、国際学会の口頭発表および主著論文としてで報告した。
素子開発については、素子の大面積化とエネルギー分解能の向上に務めた。サイズが 15.3 mm x 21.9 mm (二枚並べることで衛星搭載要求性能達成) の大面積素子を開発し、性能評価を行った。素子の全ての領域から正常なスペクトルが取得できることを確認した。また、エネルギー分解能の向上を目的としてDoble SOI 構造を導入し、回路層とセンサー層の容量結合を遮断した素子の開発を行った。この素子でイベント駆動読み出しにてエネルギー分解能 346 eV at 6.4 keV のスペクトル性能を達成し衛星搭載の要求性能 300 eV at 6 keV に大きく近づいた。これらの結果は国際学会の口頭発表で報告し、共著論文にて執筆中である。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] The origin of recombining plasma and the detection of the Fe-K line in the supernova remnant W28 (2018)
  • 著者名/発表者名: Okon Hiromichi et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: Advance Access 号: 3 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1093/pasj/psy022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward the Understanding of the Physical Origin of Recombining Plasma in the Supernova Remnant IC 443 (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Hideaki、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Okon Hiromichi、Tsuru Takeshi Go
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 851 号: 2 ページ: 73-73
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa9bdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localized recombining plasma in G166.0+4.3: A supernova remnant with an unusual morphology (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Nobukawa, K. K. Nobukawa and M. Itou
  • 雑誌名: Publication of the Astronomical Society of Japan 巻: 69 号: 2 ページ: 30-37
  • DOI: 10.1093/pasj/psx001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The first back-side illuminated types of Kyoto's X-ray astronomy SOIPIX (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Itou, T. G. Tsuru, T. Tanaka, A. Takeda, H. Matsumura, S. Ohmura, H. Uchida, S. Nakashima, Y. Arai, I. Kurachi, K. Mori, R. Takenaka, Y. Nishioka, T. Kohmura, K. Tamasawa and C. Tindall
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 831 ページ: 55-60
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduction of cross-talks between circuit and sensor layer in the Kyoto's X-ray Astronomy SOI pixel sensors with Double-SOI wafer (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ohmura, T-G. Tsuru, T. Tanaka, H. Uchida, A. Takeda, H. Matsumura, M. Ito, Y. Arai, I. Kurachi, T. Miyoshi, S. Nakashima, K. Mori, Y. Nishioka, N. Takebayashi, K. Noda, T. Kohmura, K. Tamasawa, Y. Ozawa, T.Sato, T. Konno, S. Kawahito, K. Kagawa, K. Yasutomi, H. Kamehama, S. Shrestha, K. Hara, S. Honda
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: Vol.831 ページ: 61-64
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.04.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Improvement of spectroscopic performance using a charge-sensitive amplifier circuit for an X-ray astronomical SOI pixel detector (2015)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 10 号: 06 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1088/1748-0221/10/06/c06005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improving Charge-Collection Efficiency of Kyoto’s SOI Pixel Sensors (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Matsumura, T.G.Tsuru, T.Tanaka, A.Takeda, M.Ito, S.Ohmura, Y.Arai, K.Mori, Y.Nishioka, R.Takenaka, T.Kohmura
  • 雑誌名: arXiv 巻: 1509.00538
  • オープンアクセス
• [学会発表] X線天文衛星「すざく」による銀河系超新星残骸の過電離プラズマの形成プロセスの研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松村英晃
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理連絡会研究会
• [学会発表] 超新星残骸W44からの過電離プラズマの空間構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松村英晃
  • 学会等名: 日本天文学会2018年春季年会
• [学会発表] 超新星残骸 IC 443 からの 過電離プラズマの成因 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松村英晃, 鶴剛, 田中孝明, 内田裕之, 尾近洸行, 立花克裕
  • 学会等名: 日本天文学会2017年度春季年会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] A study of the origin of recombining plasma in the supernova remnants IC 443 (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Matsumura et al.
  • 学会等名: The X-ray Universe 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Origin of Recombining Plasma in a Mixed-Morphology Supernova Remnant, G166.0+4.3 (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Itou, M. Nobukawa and K. K. Nobukawa
  • 学会等名: SNR Workshop 2016 winter
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2016-11-21
• [学会発表] 特異な構造を持つ超新星残骸 G166.0+4.3 からの再結合プラズマの発見 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松村英晃, 内田裕之, 田中孝明, 鶴剛, 伊藤真音, 信川正順, 信川久実子
  • 学会等名: 日本天文学会2016年度秋季年会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] Suzaku Observation of G166.0+4.3: A Supernova Remnant with an Unusual Morphology (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Itou, M. Nobukawa and K. K. Nobukawa
  • 学会等名: Supernovae Through The Ages
  • 発表場所: Ister Island
  • 年月日: 2016-08-08
  • 国際学会
• [学会発表] Discovery of Recombining Plasma in G166.0+4.3: A Mixed-Morphology Supernova Remnant with an Unusual Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Matsumura, H. Uchida, T. Tanaka, T. G. Tsuru, M. Nobukawa, K. K. Nobukawa and M. Itou
  • 学会等名: Supernova Remnants: An Odyssey in Space after Stellar death
  • 発表場所: Chania
  • 年月日: 2016-06-06
  • 国際学会
• [学会発表] 特異な構造を持つ Mixed-Morphology型超新星残骸 G166.0+4.3 のすざく衛星による観測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松村 英晃
  • 学会等名: 日本物理学会2016年春季大会
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2016-03-14
• [学会発表] 宇宙X線観測用SOIピクセル検出器における電荷収集効率の改善 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松村 英晃
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 2015-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] SOI技術を用いた新型X線撮像分光器の開発：開発の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松村 英晃
  • 学会等名: 日本天文学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 甲南大学
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Improving Charge-Cllection Efficiency of Kyoto's SOI Pixel Sensor (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Matsumura
  • 学会等名: International Workshop on SOI Pixel Detector
  • 発表場所: Sendai/Japan
  • 年月日: 2015-06-03
  • 国際学会