宇宙Ｘ線・ガンマ線観測による中性子星研究の新展開

2014 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

研究実績の概要

本研究は，ASTRO-H衛星などの科学衛星を用いて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て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っている。特にFPGAを用いた高速データ処理が開発の鍵となっている。本年度は，検証を行いながらロジックの最適化をはかるとともに，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を行い，実際に搭載用マイクロカロリメータシステムと組み合わせ，X線発生装置を用いて高い計数率の環境下での性能評価を行った。中性子星の広帯域観測を行うためにASTRO-Hに搭載されるX線CCDや硬X線イメージャ，さらに軟ガンマ線検出器を同時に用いて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，地上用の試験装置の開発と整備を進めた。打ち上げ後観測すべき天体の選定作業を海外の研究者とともにすすめ，チャンドラ衛星など，これまでの観測結果を再解析しながら天体の選定作業を進めた。その際，理論シミュレーションの整備をおこなった。硬X線観測装置について，本研究で製作した地上試験機を用いて実際の性能確認作業を行い，検出器の応答や時間分解能，さらに不感時間の定量化を行った。ヨーロッパの研究者と協力し，中性子星の半径を決定するためのLOFT衛星計画をヨーロッパ宇宙機構(ESA)からのM4の募集にたいして提案した。米国のNICER計画において望遠鏡の開発に参加した。

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

ESAのM4の公募に対して，我が国の貢献を明らかにしたうえで提案書を準備し，実際に提案することができた。提案にあたって，日本のメーカによる微細コリメータの試作，予備実験を行い，ヨーロッパで作るのにくらべて，はるかに低コストで性能の高いものができることを示し，それが提案のトータルコストを下げるのに役立った。現在，最初の審査をパスし，最終審査の段階にある。中性子星からのガンマ線を観測するための軟ガンマ線検出器の地上試験装置に関して前倒しで製作を開始できた。

今後の研究の推進方策

ASTRO-Hの打ち上げに向けて，中性子星観測に関連したキャリブレーション，ソフトウェアの整備を行う。観測提案の具体化作業をおこない，シミュレーションソフトウェアを整備する。多様な手法で中性子星のEOSに制限をかけるために，新たに研究分担者として立教大学の内山准教授を加え，理論計算の他，TeVガンマ線やGeVガンマ線を用いた観測的研究を範囲に加える。米国の将来計画のNICER，ヨーロッパの将来計画提案のLOFTに引き続き参加し，ASTRO-Hとの協調を検討する。
ASTRO-Hの観測において，観測装置間のノーマリゼーションのキャリブレーションが必要である。そのために地上用試験装置が有効である。本年度は軟ガンマ線観測装置の地上試験装置の整備を続け，硬X線観測装置とともに，高い計数率での観測における検出器の応答や不感時間について実験を行う。

研究成果

• [雑誌論文] The Si/CdTe semiconductor Compton camera of the ASTRO-H Soft Gamma-ray Detector (SGD) (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, H. Tajima Y. Fukazawa, Y. Ichinohe, S. Takeda, T. Enoto, T. Fukuyama, S. Furui, K. Genba, K. Hagino, A. Harayama, Y. Kuroda, D. Matsuura, R. Nakamura, K. Nakazawa, H. Noda, H. Odaka, M. Ohta, M. Onishi, S. Saito, G. Sato, T. Sato, T. Takahashi, T. Tanaka, A. Togo, S. Tomizuka
  • 雑誌名: Nucl. Instr. Meth. A 巻: 21 ページ: 192-201
  • DOI: 10.10.16/j.nima.2014.05.127
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of recombining plasma in the supernova remnant 3C 391 (2014)
  • 著者名/発表者名: Sato, T., Koyama, K., Takahashi, T., Odaka, H., Nakashima, S.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 66 ページ: 124-138
  • DOI: 10.1093/pasj/psu120
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] NGC 7538 : Multiwavelength Study of Stellar Cluster Regions associated with IRS 1-3 and IRS 9 sources (2014)
  • 著者名/発表者名: Mallick, K. K., Ojha, D. K., Tamura, M., Pandey, A. K., Dib, S., Ghosh, S. K., Sunada, K., Zinchenko, I., Pirogov, L., Tsujimoto, M.
  • 雑誌名: MNRAS 巻: 443 ページ: 3218-3237
  • DOI: 10.1093/mnras/stu1396
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bin mode estimation methods for Compton camera imaging (2014)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, S., Odaka, H., Uemura, M., Takahashi, T, Watanabe, S, Takeda, S.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 巻: 760 ページ: 46-56
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 中性子星降着流からのX線放射―モンテカルロ計算による放射モデル (2014)
  • 著者名/発表者名: 小高裕和
  • 雑誌名: 天 文月報 巻: 10 ページ: 544-553
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] X線観測とCTA，Multiwavelength Astronomy and CTA: X-rays (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋忠幸
  • 学会等名: 物理学会年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] ASTRO-H計画の概要 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋忠幸
  • 学会等名: 天文学会年会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] ASTRO-H & MONACO for X-ray Polarimetry (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Odaka
  • 学会等名: X-ray Polarisation in Astrophysics -a window about to open?
  • 発表場所: ストックホルム
  • 年月日: 2014-08-25 – 2014-08-28
• [学会発表] GEM production in Japan and applications (2014)
  • 著者名/発表者名: GEM production in Japan and applications
  • 学会等名: CERN seminar
  • 発表場所: Geneva
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] GEM production in Japan”, Ecole Polytechnique LLR IN2P3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Tamagawa, T
  • 学会等名: Ecole Polytechnique LLR IN2P3
  • 発表場所: France
  • 年月日: 2014-07-09
  • 招待講演
• [学会発表] The ASTRO-H X-ray astronomy satellite (2014)
  • 著者名/発表者名: 7.T. Takahashi
  • 学会等名: pace Telescopes and Instrumentation 2014: Ultraviolet to Gamma Ray
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-26
• [学会発表] Monte Carlo Modelling of Comptonised X-ray Radiation from Accretion Flows onto Neutron Stars and Black Holes (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Odaka
  • 学会等名: The X-ray Universe 2014
  • 発表場所: Dublin
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-19