Ｘ線偏光観測に向けた超小型衛星ＣｕｂｅＳａｔの開発

• 研究課題/領域番号: 17J40001
• 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: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 早藤 麻美 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 特別研究員(RPD)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2019年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: X線天文学 / X線宇宙物理学 / X線偏光 / TPC

研究実績の概要

本研究は、超小型衛星 CubeSat を利用し、NASAで進行中 (2021年打ち上げ予定) のX線偏光観測を目的とした衛星プロジェクト (IXPE) と相補的なX線偏光観測を行うことを最終目的としている。IXPE は 2－10 keVの帯域において数十天体の観測を予定しているが、本研究は、フラックスは小さくとも依然として偏光観測の科学的重要度の高い10－30 keVにおいて、単一天体の長時間観測により偏光検出を目指す計画である。前年度までに、小型化したTime Projection Chamber (TPC) 型偏光計を制作した。平成31 (令和元年) 度は、前年度までに制作した軽量TPC偏光計における、高偏光度の放射光を用いた偏光測定能力の検証が目標であった。そこで、高エネルギー加速器研究機構の放射光実験施設 (KEK-PF) おいて、制作した偏光計の性能評価試験を行なった。この偏光計の偏光測定方法は、入射X線の偏光角と偏光度に依存する、X線が光電吸収を受けた際の光電子の放出角分布 (モジュレーションカーブ) を測定することである。放射光を用いた試験内容は、X線の偏光方向に対し検出器を45, -45°に傾け、それぞれの角度でモジュレーションカーブを取得することによる偏光計測定 (エネルギーは16, 14, 12 keV) であった。測定された偏光計の性能を表すモジュレーションファクターは~45%、また無偏光X線に対する角度応答は十分にフラットであることも確認され、将来的な天体観測へ向けて十分な性能を持つことを初めて実証することができた。さらに今回得られた結果は、光電子のイメージ解析方法を詰めることでさらなる向上が見込めると考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] NASA Goddard Space Flight Center/NASA Marshall Space Flight Center(米国)
• [国際共同研究] INFN/Pisa/IAPS/Rome(イタリア)
• [雑誌論文] A convolutional neural network approach for reconstructing polarization information of photoelectric X-ray polarimeters (2019)
  • 著者名/発表者名: Kitaguchi Takao、Black Kevin、Enoto Teruaki、Hayato Asami、Hill Joanne E.、Iwakiri Wataru B.、Kaaret Philip、Mizuno Tsunefumi、Tamagawa Toru
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 942 ページ: 162389-162389
  • DOI: 10.1016/j.nima.2019.162389
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] シンクロトロン放射光を用いた高エネルギー X 線偏光計の性能評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大久保美穂 (東理大・理研), 早藤麻美, 北口貴雄, 玉川 徹 (理研), 周 圓輝, 堤まりな, 内山慶祐, 武田朋志, 吉田勇登 (東理大・理研), 榎戸輝揚 (京都大), 岩切 渉 (中央大), 岸本俊二
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] X 線偏光観測衛星 IXPE への参加現状 (4) (2019)
  • 著者名/発表者名: 玉川 徹, 早藤麻美, 北口貴雄 (理研) ほか IXPE 衛星チーム
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] 機械学習を用いた飛跡画像処理による光電子追跡型X線偏光計の感度向上および IXPE 衛星データへの応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北口 貴雄, 玉川 徹, 早藤 麻美 (理研), 岩切 渉 (中央大), 榎戸 輝揚 (京都大), 水野 恒史 (広島大), Niccolo Di Lalla (INFN-Pisa), 2019年9月、熊本大学
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] A Machine Learning Approach for Reconstructing X-ray Polarization Information Acquired with Micro-pattern Gas Polarimeters (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao Kitaguchi1, Teruaki Enoto2, Asami Hayato1, Wataru Iwakiri3, Toshio Nakano1, Toru Tamagawa1, 1. RIKEN, 2. Kyoto University, 3. Chuo University
  • 学会等名: The 6th International Conference on Micro Pattern Gaseous Detectors, MPGD19
  • 国際学会
• [学会発表] Irradiation test with heavy ions of fine-pitch LCP-GEMs for the IXPE satellite mission (2019)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Uchiyama1, Kento Adachi1, Shuichi Gunji3, Asami Hayato2 , Takao Kitaguchi2, Satoshi Kodaira4, Tatehiro Mihara2, Miho Okubo1, Yo Saito3, Toru Tamagawa2, Marina Tsutsumi1, Yuanhui Zhou1, 1 Tokyo Univ. of Science/RIKEN, 2 RIKEN, 3 Yamagata Univ, 4 National Institute of Radiological Sciences
  • 学会等名: The 6th International Conference on Micro Pattern Gaseous Detectors, MPGD19
  • 国際学会
• [学会発表] 高エネルギーX線の偏光を検出する Time Projection Chamber 型偏光計の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大久保美穂 早藤麻美 北口貴雄 玉川徹 堤まりな 窪田恵 周圓輝 小田苑会 内山慶祐 安達健斗 榎戸輝揚 岩切渉
  • 学会等名: 日本物理学会第74第年次大会(2019年)
• [学会発表] X線偏光観測衛星 IXPE：プロジェクト概要と進捗 (2019)
  • 著者名/発表者名: 玉川徹 北口貴雄 郡司修一 田原譲 中野俊男 林田清 早藤麻美 水野恒史 三石郁之 岩切渉 榎戸輝揚 深沢泰司 内山慶祐 清水貞行 周圓輝 竹原佑亮 二村泰介 山口友洋 山本龍哉 Martin Weisskopf Paolo Soffitta Luca Baldini
  • 学会等名: 日本物理学会第74第年次大会(2019年)
• [学会発表] X線偏光観測衛星IXPEでのブラックホール観測における解析手法の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 郡司修一 北口貴雄 水野恒史 林田清 三石郁之 玉川徹 岩切渉 田原譲 早藤麻美 榎戸輝揚 深沢泰司 斎藤耀 他IXPEチーム
  • 学会等名: 日本物理学会第74第年次大会(2019年)
• [学会発表] 硬X線集光偏光計X-Calibur気球実験の2018年フライトと将来計画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充 et al. (38名)
  • 学会等名: 日本物理学会第74第年次大会(2019年)
• [学会発表] X線偏光観測衛星 IXPE (2019)
  • 著者名/発表者名: 水野 恒史 玉川 徹 三石 郁之 郡司 修一 早藤 麻美 北口 貴雄 岩切 渉 田原 譲 榎戸 輝揚 深沢 泰司 林田 清 周 圓輝 内山 慶祐 山本 龍哉
  • 学会等名: 第19回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] X 線偏光観測衛星 IXPE 搭載に向けた偏光計用ガス電子増幅フォイルの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 早藤 麻美 玉川 徹 北口 貴雄 岩切 渉 榎戸 輝揚 周 圓輝 大久保 美穂 安達 健斗 内山 慶祐 堤 まりな
  • 学会等名: 第19回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] 硬X線集光偏光計X-Calibur気球実験の2018年フライトと将来計画 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充 et al. (38名)
  • 学会等名: 第19回 宇宙科学シンポジウム
• [学会発表] IXPE衛星搭載用GEMの製作と性能評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 玉川徹 北口貴雄 早藤麻美 中野俊男 窪田恵 小田苑会 周圓輝 大久保美穂 安達健斗 堤まりな 岩切渉 榎戸輝揚
  • 学会等名: 第15回Micro-Pattern Gas Detector研究会
• [学会発表] 機械学習を用いた飛跡画像処理による光電子追跡型X線偏光計の感度向上 (2019)
  • 著者名/発表者名: 北口貴雄 岩切渉 榎戸輝揚 玉川徹 中野俊男 早藤麻美 深沢泰司 水野恒史
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会