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2012 年度 実績報告書

宇宙X線・ガンマ線観測による中性子星研究の新展開

計画研究

研究領域実験と観測で解き明かす中性子星の核物質
研究課題/領域番号 24105007
研究機関独立行政法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

高橋 忠幸  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (50183851)

研究分担者 辻本 匡弘  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (10528178)
玉川 徹  独立行政法人理化学研究所, 玉川高エネルギー宇宙物理研究室, 准主任研究員 (20333312)
堂谷 忠靖  独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 教授 (30211410)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワード中性子星 / X線天文学 / ガンマ線天文学 / 半導体検出器
研究実績の概要

次期X線衛星ASTRO-Hの超高分解能分光装置を用い。中性子星表面からのX線バースト中での高計数率観測を可能とするための改良作業を行う。特にデジタル波形処理機器 (PSP; Pulse Shape Processor) は、精密軟X線分光装置 (SXS; Soft X-ray Spectrometer)において、衛星上で入射光子のエネルギーを精密測定する、装置の心臓部の一つであり、その高速化が本研究の鍵をにぎる。本年度は、超高分解能分光装置 としての耐高計数率化を可能とする回路方式の検討を行い、従来のソフトウェア制御による収集方式に代替可能なハードウェアによる収集方式を適用検討し、回路として実装し、試験を行った。SpaceWireを用いたシステムにおいてデータアクセス時のDMA転送への最適化を行うと共に、FPGA 内部にRMAP Controllerを設けた。FPGA 内部に DMA 転送に最適化された送信バッファを設けることにより、効率的な大量のデータ送信が可能になった。
「すざく」などの衛星を用いた中性子星の研究を進めると共に、ASTRO-Hに搭載されるX線CCDや硬X線検出器による広帯域観測を実現するための観測装置の試験を遂行した。また、キャリブレーションの手法の検討を行い、Geant4を用いた軌道上バックグランドのシミュレーションコードの開発を行った。中性子星表面の極限環境やそこでおこる物理プロセスをシミュレーションコードにとりこむ他、偏光X線やガンマ線のシミュレーションコードの開発を行った。それらを用いて初期観測フェーズにおいて観測すべき天体候補の検討を進めた。ファインピッチのストリップ検出器やコリメータなど、高計数率に耐える検出器の検討を開始した。高計数率多チャンネルアナログASICの試作品の試験を行い、要求されるエネルギー分解能が得られている事を確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

マイクロカロリメータの波形処理装置の高速化にめどがたち、中性子星からのX線バースト中での高分解能でのスペクトロスコピーが可能となった。また、広帯域観測のために必要な検出器についても、必要な試験を進めることができた。
中性子星の半径を決定するとともに、中性子星を構成する核物質の理解を進めるための手法について検討をおこなった。特に。ASTRO-H、あるいは、今後計画されるロケット実験、衛星実験において行うべき研究を広く議論し、本研究を進める上での方向性を確認できた。

今後の研究の推進方策

高速化のための回路実装をおこなったマイクロカロリメータの波形処理装置の試験を行い、衛星搭載環境下での動作を保証する作業をおこなう。また、高いカウントでエネルギー分解能を確保するために必要なキャリブレーションを行うとともに、軌道上でそれを維持するための方策を検討し、必要な試験を行う。
ASTRO-Hは、JAXAにより、新たに打ち上げ年度が2015年度に設定されている。限られた時間の中で十分試験を行い、打ち上げ後ただちに観測結果を解析できるようにする必要がある。また、解析ソフトウェアの整備を行い、観測のシミュレーションを進める必要がある。そのため、現在、研究協力者となっている小高博士に加え、理化学研究所の榎戸博士を研究協力者に加える。また内山博士は現在日本に戻ったため、引き続き研究協力者として共同で研究を進める。
X線偏光観測衛星GEMSは、NASAによってImplementation Phaseに進む事ができなかった。そのため、コストなど、再検討を行い再提案を行うことになっている。X線偏光観測は今後大きな可能性をもっており、ASTRO-Hによる観測検討をより進めるとともに、ロケット実験などの機会をできるだけ生かす必要がある。また、ヨーロッパのLOFT計画、NASAのNICER計画にも、我々の技術を生かして参画し中性子星の観測的研究をより推進する。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Data-Oriented Diagnostics of Pileup Effects on the Suzaku XIS2013

    • 著者名/発表者名
      Shin'ya Yamada
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 64 ページ: 53-64

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Short-Term Variability of X-rays from Accreting Neutron Star Vela X-1: I. Suzaku Observations2012

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Odaka
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 767 ページ: 70

    • DOI

      10.1088/0004-637X/767/1/70

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of the onboard digital processing system for the soft x-ray spectrometer of ASTRO-H: performace in the engineering model testsProceeding of the SPIE2012

    • 著者名/発表者名
      H. Seta
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 5D

    • DOI

      10.1117/12.924638

  • [雑誌論文] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Hayashida
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 23

    • DOI

      10.1117/12.925095

  • [雑誌論文] The ASTRO-H X-ray Observatory2012

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 1Z

    • DOI

      10.1117/12.926190

  • [雑誌論文] The Hard X-ray Imager (HXI) for the ASTRO-H mission2012

    • 著者名/発表者名
      Motohide Kokubun
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 25

    • DOI

      10.1117/12.925648

  • [雑誌論文] LOFT: the Large Observatory For X-ray Timing2012

    • 著者名/発表者名
      M. Feroci
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 2D

    • DOI

      10.1117/12.926310

  • [雑誌論文] Imaging and spectral performance of CdTe double-sided strip detectors for the hard x-ray imager onboard ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Hagino
    • 雑誌名

      Proc. of SPIE

      巻: 8443 ページ: 5D

    • DOI

      10.1117/12.926052

  • [学会発表] テルル化カドミウム半導体放射線検出器向けのデジタル高速波形処理システムの開発2013

    • 著者名/発表者名
      東郷 淳
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2013-03-26 – 2013-03-29
  • [学会発表] CdTe/CdZnTeピクセル検出器の今日と将来2013

    • 著者名/発表者名
      高橋忠幸
    • 学会等名
      日本物理学会第68回年次大会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2013-03-26 – 2013-03-29
    • 招待講演
  • [学会発表] ASTRO-H搭載 精密軟X線分光装置SXSの波形処理機器PSPの開発の現状(VI)2013

    • 著者名/発表者名
      下田優弥
    • 学会等名
      日本天文学会会春季年会
    • 発表場所
      埼玉大学
    • 年月日
      2013-03-20 – 2013-03-23
  • [学会発表] ASTRO-H 衛星搭載硬X線撮像検出器(HXI)の現状~EM試験性能とFM製造~2013

    • 著者名/発表者名
      中澤 知洋
    • 学会等名
      日本天文学会会春季年会
    • 発表場所
      埼玉大学
    • 年月日
      2013-03-20 – 2013-03-23
  • [学会発表] The ASTRO-H Mission to study non-thermal universe2012

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi
    • 学会等名
      Exploring the non-thermal Universe with Gamma-rys
    • 発表場所
      Barcelona, Spain
    • 年月日
      2012-11-06 – 2012-11-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Performance of the pulse shape processor for the soft X-ray Spectrometer onboard ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Sachiko Takeda
    • 学会等名
      IEEE Nuclear Science Symposium
    • 発表場所
      Annaheim, US
    • 年月日
      2012-10-26 – 2012-11-03
  • [学会発表] The ASTRO-H X-ray Observatory2012

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi
    • 学会等名
      X-ray Astronomy: towards the next 50 years
    • 発表場所
      Milano, Italy
    • 年月日
      2012-10-01 – 2012-10-05
    • 招待講演
  • [学会発表] X線偏光観測衛星GEMSとロケット実験XACT2012

    • 著者名/発表者名
      玉川 徹
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 発表場所
      大分大学
    • 年月日
      2012-09-19 – 2012-09-21
  • [学会発表] ASTRO-H搭載 精密軟X線分光装置SXSの波形処理システムPSPの開発の現状(V)2012

    • 著者名/発表者名
      瀬田裕美
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
    • 発表場所
      大分大学
    • 年月日
      2012-09-19 – 2012-09-21
  • [学会発表] What ASTROSAT and ASTRO-H together can do to understand accreting neutron stars and black holes?2012

    • 著者名/発表者名
      Tadayasu Dotani
    • 学会等名
      39th COSPAR Scientific Assembly
    • 発表場所
      Mysore, India
    • 年月日
      2012-07-14 – 2012-07-22
    • 招待講演
  • [学会発表] Status and Prospects of the X-ray astronomy satellite ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Tsujimoto
    • 学会等名
      Marcel Grossman meeting 13
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      2012-07-01 – 2012-07-07
    • 招待講演
  • [学会発表] The ASTRO-H X-ray Observatory2012

    • 著者名/発表者名
      Tadayuki Takahashi
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
    • 発表場所
      Amsterdum, Netherland
    • 年月日
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [学会発表] The Hard X-ray Imager (HXI) for the ASTRO-H mission2012

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Nakazawa
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
    • 発表場所
      Amsterdum, Netherland
    • 年月日
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [学会発表] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Hayashida
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
    • 発表場所
      Amsterdum, Netherland
    • 年月日
      2012-07-01 – 2012-07-06
  • [学会発表] Imaging and spectral performance of CdTe double-sided strip detectors for the hard x-ray imager onboard ASTRO-H2012

    • 著者名/発表者名
      Kouichi Hagino
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation 2012
    • 発表場所
      Amsterdum, Netherland
    • 年月日
      2012-07-01 – 2012-07-06

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公開日: 2018-02-02  

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