宇宙Ｘ線・ガンマ線観測による中性子星研究の新展開

2013 年度 実績報告書

• 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, 仁科加速器研究センター, 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: X線天文学 / 中性子星 / ASTRO-H / ガンマ線天文学 / 放射線検出器

研究概要

本研究は，ASTRO-H衛星などの科学衛星を用いた宇宙観測による中性子星半径への制限をつけることを目的としている。中性子星の半径を従来よりも正確に制限をつけるために，当初のASTRO-H衛星に搭載される検出器に対する要求に加えた、高い計数率の環境下においても、そのスペクトル測定性能を満たすようにすることが必要である。そのため，昨年度に引き続き，ASTRO-Hの超高分解能分光装置の波形処理装置(PSP)の高計数率観測に向けた最適化と試験を行い、高いエネ ルギー精度を確保するための機上キャリブレーションシステムの開発を行った。特に，耐高計数率化を実現するため、SpaceWire インタフェースによるデータ収集方式を、従来のソフトウェア制 御による収集方法からハードウェアによる収集方法に変更し，波形解析装置のミドルウ ェアに実装するとともに、それにより耐高計数率化が達成できていることを検証した。さらに同様にASTRO-Hに搭載されるX線CCDや硬X線イメージャによる中性子星の高計数率観測を行い広い帯域でのスペクトルを取得することを想定して，あらかじめ必要な試験やキャリブレーション方法を検討，実施した。
打ち上げ後観測すべき天体の選定、さらにそれに基づいた、領域内の他の計画研究グループとの討議のために、検出器がそのような性能を満たすかの確認作業とそれを引き出すためのソフトウェア開発やキャリブレーションはできるだけ先行して作業することが必要である。広帯域観測装置について，地上試験機を製作し、それを用いて実際の性能確認作業を開始した。
打ち上げ後観測すべき天体の選定のための検討作業を進め，適切なターゲットの詳細な観測シミュレーションを行った。中性子星観測に重点を置き，必要な観測機器の性能試験を行った。領域内の連携検出器開発の研究会を本計画研究が主催し，お互いが持つ検出器技術の情報交換を行うと同時に，今後の共同研究の可能性を検討した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

ASTRO-Hの超高分解能分光装置の波形処理装置(PSP)を高い計数率でも動作させる機能の実装，検証のを予定通り行うことができた。また，広帯域の観測を担う観測装置の地上試験装置を次年度からの前倒し制度を用いることで製作できた。中性子星からのX線フレア観測を想定したキャリブレーションや性能評価試験などをこの地上試験装置を用いることで，先行して行うことができた。

今後の研究の推進方策

中性子星，特にマグネターなどの軟ガンマ線領域に感度のある軟ガンマ線検出器の地上試験装置を含め，0.3keV-600 keVの広いエネルギー範囲，特に硬X線から軟ガンマ線の領域で正確な観測を行うための観測装置の性能評価，キャリブレーションの他，検出器の性能評価のためのモンテカルロシミュレーションコードの開発を進める。NICERなど，他の手法による中性子星の半径決定の検討を進める。将来の観測装置のためのファインピッチのSi Pixel検出器の検討を進める。中性子星に関連して，ASTRO-Hで進めるべきサイエンスの検討を継続する。他の波長との連携を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] X-ray Development of the Classical Nova V2672 Ophiuchi with Suzaku (2014)
  • 著者名/発表者名: Takei, D., Tsujimoto, M., Drake, J. J., Kitamoto, S.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 37
  • DOI: 10.1093/pasj/psu019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Short-term variability of X-rays from accreting neutron star vela X-1. II. Monte Carlo modeling (2014)
  • 著者名/発表者名: Odaka, H., Khangulyan, D., Tanaka, Y.T., Watanabe, S., Takahashi, T., Makishima, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: 12 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/38
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Diehard GEM using PTFE insulator substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi, M.; Komiya, K.; Tamagawa, T.; Takeuchi, Y.; Aoki, K.; Taketani, A.; Hamagaki, H.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 9 ページ: C03043
  • DOI: 10.1088/1748-0221/9/03/C03043
• [雑誌論文] Property of LCP-GEM in Pure Dimethyl Ether at Low Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi, Y.; Tamagawa, T et al.
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 9 ページ: C03043
  • DOI: 10.1088/1748-0221/9/03/C03043
• [雑誌論文] Short-term variability of x-rays from accreting neutron star vela X-1. I. Suzaku observations (2013)
  • 著者名/発表者名: Odaka, H., Khangulyan, D., Tanaka, Y.T., Watanabe, S., Takahashi, T., Makishima, K.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 780 ページ: 17 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/767/1/70
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reflection-dominated Nuclear X-Ray Emission in the Early-type Galaxy ESO 565-G019 (2013)
  • 著者名/発表者名: Gandhi, P. ; Terashima, Y. ; Yamada, S. ; Mushotzky, R. F. ; Ueda, Y. ; Baumgartner, W. H. ; Alexander, D. M. ; Malzac, J. ; Vaghmare, K. ; Takahashi, T.; Done C
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 773 ページ: 9 pp.
  • DOI: 10.1088/0004-637X/773/1/51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of a 522 s Pulsation from the Transient X-ray Source Suzaku J0102.8-7204 (SXP 522) in the Small Magellanic Cloud (2013)
  • 著者名/発表者名: Wada, Q., Tsujimoto, M., Ebisawa, K., Miller, E. D.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65 ページ: 4 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/65.2.L2
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Point Source Populations Constituting the Galactic Ridge X-ray Emission (2013)
  • 著者名/発表者名: Morihana, K., Tsujimoto, M., Ebisawa, K., Yoshida, T.
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 766 ページ: 5 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/65.5.L10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suzaku Follow-Up Observation of the Activated Magnetar 1E 1547.0-5408 (2013)
  • 著者名/発表者名: Iwahashi, T.; Enoto, T.; Yamada, S.; Nishioka, H.; Nakazawa, K; Tamagawa, T.; Makishima, K.,
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 65 ページ: 12 pp.
  • DOI: 10.1093/pasj/65.3.52
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton radiation damage experiment on P-Channel CCD for an X-ray CCD camera onboard the ASTRO-H satellite (2013)
  • 著者名/発表者名: Koji Mori, Yusuke Nishioka, Satoshi Obura, Yoshiaki Koura, Makoto Yamauchi, Hiroshi Nakajima, Shutaro Ueda, Hiroaki Kan, Naohisa Anabuki, Ryo Nagino, Kiyoshi Hayashida, Hiroshi Tsunemi, Takayoshi Kohmura, Shoma Ikeda, Hiroshi Murakami, Masanobu Ozaki, Tadayasu Dotani, Yukie Maeda, Kenshi Sagara
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Resaerch. A 巻: 731 ページ: 160-165
  • DOI: 10.1016/j.nima.2013.05.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new eclipsing low-mass X-ray binary with a giant companion (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshitomo Maeda, Hideyuki Mori, Tadayasu Dotani
  • 雑誌名: Advances in Space Research 巻: 57 ページ: 1278-1281
  • DOI: 10.1016/j.asr.2012.11.005
  • 査読あり
• [学会発表] The ASTRO-H X-ray Observatory toward the next 50 years of X-ray Astronomy (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: The 1st COSPAR Sympsium
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20131111-20131115
  • 招待講演
• [学会発表] Space Astronomy and Astrophysics Program in Japan (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: The 1st COSPAR Sympsium
  • 発表場所: Bangkok, Thailand
  • 年月日: 20131111-20131115
  • 招待講演
• [学会発表] The ASTRO-H X-ray Observatory - X-raying the Gamma-ray Universe (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: LINK Meeting (Fujiwara Foundation)
  • 発表場所: Hakone, Japan
  • 年月日: 20131104-20131106
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Die Hard GEM using PTFE Insulator Substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: Toru Tamagawa
  • 学会等名: Micro Pattern Gaseous Detector 2013
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 20130701-20130703
• [学会発表] The ASTRO-H X-ray Observatory toward the next 50 years of X-ray Astronomy (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: 13 th meeing of the High Energy Astrophysics Division (AAS HEAD Meeting)
  • 発表場所: Monterey CA
  • 年月日: 20130407-20130411
  • 招待講演
• [学会発表] The ASTRO-H mission and prospects for constraining the mass-radius relation of a neutron star
  • 著者名/発表者名: Tadayasu Dotani
  • 学会等名: Neutron star matter in view of nuclear experiments and astronomical observations
  • 発表場所: Kyoto University