Ia型超新星の爆発機構の解明に向けた高い分光性能のX線SOIピクセル検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 20J23327
• 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
• 審査区分: 小区分15020:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する実験
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 佳山 一帆 (2020-2021) 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 特別研究員: 佳山 一帆 (2022) 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2020-04-24 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 3,400千円 (直接経費: 3,400千円); 2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2021年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2020年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: X線連星 / ブラックホール / 粒子加速 / X線天文学 / SOIピクセル検出器 / マイクロクェーサー / 宇宙線加速 / XRPIX / 宇宙ジェット / FORCE衛星計画

研究開始時の研究の概要

Ia型超新星の起源として2つの説が提唱されている。一方は伴星から白色矮星への質量降着によって限界質量に達し爆発するSD説で、他方は白色矮星が合体して爆発するDD説である。SD説ではニッケル58が多く生成されるため、Ni/Fe比は高いものとなる。一方、DD説は白色矮星の中心密度が低くNi/Fe比は低くなる。爆発後の残骸の観測から、各元素の質量比を調べることで、Ia型超新星の起源を解明できる。
この研究には、優れたエネルギー分解能と、高い角度分解能を持ち、広帯域に対応したX線観測衛星が必要である。そこで、本研究ではFORCE衛星搭載予定のX線検出器SOIPIXを改良し、要求を満たす検出器を開発する。

研究実績の概要

本年度は、昨年度までの天体解析を継続して行い、バックグラウンドの不定性の評価やモデル計算の妥当性の評価を行った。これらの成果は投稿論文として出版済みである。また、新たに同天体の別領域の解析を 行った。同一天体ではあるが、SS 433 の西側と東側の領域でそれぞれ、シンクロトロン放射のスペクトルの時間発展の描像が異なることを発見し、得られた結果よりその理由の考察を行った。
これらの一連の結果は私の博士学位論文としてまとめてあり、また本結果は来年度以降、学術論文として投稿予定である。
また、次世代X線天文衛星搭載に向けたX線検出器開発も行った。本年度は主に、ペデスタルの見積もり方法に着目した。解析方法の検討・検証を行った結果、エネルギー分解能の向上の余地があることを発見した。 その新たな解析手法を実装した解析スクリプトを作成し、実際に同じ検出器で過去最高の性能を実現した。今年度得られた結果は、本検出器の解析方法を向上させる上で重要な結果であり、今後はさらなる検証・改良を行い、解析方法の確立を目指す。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] Spatially resolved study of the SS?433/W?50 west region with Chandra: X-ray structure and spectral variation of non-thermal emission (2022)
  • 著者名/発表者名: Kayama Kazuho、Tanaka Takaaki、Uchida Hiroyuki、Tsuru Takeshi Go、Sudoh Takahiro、Inoue Yoshiyuki、Khangulyan Dmitry、Tsuji Naomi、Yamamoto Hiroaki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 5 ページ: 1143-1156
  • DOI: 10.1093/pasj/psac060
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Low-energy X-ray performance of SOI pixel sensors for astronomy, “XRPIX” (2021)
  • 著者名/発表者名: Kodama Ryota, Ayaki Takeda, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 986 ページ: 164745-164745
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164745
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radiation damage effects on double-SOI pixel sensors for X-ray astronomy (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagino Kouichi, Ayaki Takeda, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 978 ページ: 164435-164435
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164435
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Proton radiation hardness of x-ray SOI pixel detectors with pinned depleted diode structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagino Kouichi,Yarita Keigo,Negishi Kousuke,Oono Kenji,Hayashida Mitsuki,Kitajima Masatoshi,Kohmura Takayoshi,Tsuru Takeshi,Tanaka Takaaki,Uchida Hiroyuki,Kayama Kazuho,Amano Yuki,Kodama Ryota,Takeda Ayaki,Mori Koji,Nishioka Yusuke,Yukumoto Masataka,Hida Takahiro,Arai Yasuo,Kurachi Ikuo,Hamano Tsuyoshi,Kitamura Hisashi
  • 雑誌名: SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation, 2020, Proceedings 巻: 11454 ページ: 26-26
  • DOI: 10.1117/12.2562392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic performance improvement of SOI pixel detector for X-ray astronomy by introducing Double-SOI structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Ayaki Takeda, Koji Mori, et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 15 号: 11 ページ: P11001-P11001
  • DOI: 10.1088/1748-0221/15/11/p11001
  • 査読あり
• [学会発表] X 線観測を用いたマイクロクエーサー SS 433/W50 ジェットの非熱的粒子の伝搬とホットスポット形成の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佳山 一帆
  • 学会等名: SXI修論発表会
• [学会発表] Chandra 衛星および XMM-Newton 衛星の観測を用いた SS 433/W50 における 粒子加速の研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佳山 一帆
  • 学会等名: 高宇連研究会+博士論文発表会
• [学会発表] Chandra 衛星および XMM-Newton 衛星の観測を用いた SS 433/W50 における 粒子加速の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: {佳山 一帆, 鶴 剛, 内田 裕之, 田中 孝明, 須藤 貴弘, 井上 芳幸, Dmitry Khangulyan, 辻 直美, 山本 宏昭
  • 学会等名: 日本天文学会2022年秋季年会
• [学会発表] X線観測を用いたマイクロクエーサーSS433における粒子加速の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佳山 一帆
  • 学会等名: {空気シャワー観測による宇宙線の起源探索研究会
• [学会発表] Chandra衛星を用いたW50/SS433西側領域の観測的研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佳山 一帆、鶴 剛、内田 裕之、田中 孝明、須藤 貴弘、井上 芳幸、Dmitry Khangulyan、辻 直美
  • 学会等名: W50/SS433研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Chandra 衛星の観測を用いた W50/SS 433 西側領域における粒子加速の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佳山 一帆
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会