• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2016 年度 実施状況報告書

秒角以下で天体サイズを測定する多重像式X線干渉計の発明

研究課題

研究課題/領域番号 16K13787
研究機関大阪大学

研究代表者

林田 清  大阪大学, 理学研究科, 准教授 (30222227)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードX線天文学 / X線干渉計 / X線検出器 / 超小型衛星
研究実績の概要

X線天文衛星に搭載されるX線反射望遠鏡の角度分解能としては、Chandra衛星の0.5秒角が最高で、これを再現するあるいは凌駕することはコスト的にも技術的にも困難とされている。また、X線反射望遠鏡の焦点距離は3-12mと長く、衛星自体を小型化することも難しく、打ち上げ頻度がましている超小型衛星の利用は見込めない。
本研究では、反射望遠鏡を用いない方法で、X線天体のひろがりを高い分解能で測定する、新たな方式の撮像計・干渉計を提案している。構成は単純で、数ミクロン間隔の周期の回折格子とX線分光撮像検出器をくみあわせるだけである。格子の影を検出器で撮像し、それを格子の周期で重ねあわせる。こうして得られた像は、X線光源、つまりX線天体のひろがりを反映したものになる。X線の波長と、検出器までの距離によっては回折が無視できなくなるが、タルボ効果と知られている条件を満たす波長のX線だけ選択すると、干渉によってやはり格子のプロファイルが得られる。我々は、このような原理をX線多重像撮像計、干渉計とよんでいる。
本研究では、マイクロフォーカスX線源を光源に用いて、4.8umピッチの格子とCMOS検出器(SOI技術を用いて製作された開発中の素子XRPIX)を組み合わせた基礎実験を実施した。検出器の複数のピクセルにまたがるX線イベントを利用することでピクセルサイズの0.7倍の周期の構造を検出すること、光源と検出器間の距離約1mで干渉像を得るのに成功した。この配置では点源からの拡大撮影になっているが、平行光の場合に換算すると2.8秒角の角度分解能を現時点で達成していることになる。
並行してフレネル回析を利用したシミュレーション計算を行い、タルボ条件を10%くらいずれた波長でも撮像に使用できるという評価を得た。

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

基礎実験に関しては、現有装置と前年度までに開発された装置を最大限活用しているため、比較的スムースに立ち上げできた。ただし、撮像のパラメータの調整と、解析手法の試行錯誤とプログラム作成に時間がかかり、干渉像を得るのが年末になった。実験室の移動の関係で、より細かい調整を完了するまでにいたっていないが、原理実証の一段階は達成したと考えている。
シミュレーションに関しても、限定的な条件ながら計算を実施し、こちらからも、本研究で提案する原理の撮像法が有効であることがしめされつつある。
以上をもって、おおむね順調に進展していると自己判定した。

今後の研究の推進方策

基礎実験とシミュレーションを通して、いくつかの問題点もみえてきた。一番の問題点は、現在の検出器のピクセルサイズ30ミクロンが格子の周期4.8ミクロンに対して大きいことである。電荷分割解析を導入して、検出器面上で21ミクロン周期の構造まで検出できているが、さらに4-5倍の位置分解能が望まれる。これに対しては、検出器の動作パラメータを調整し電荷のひろがりをより大きくさせるなどを試すとともに、微細ピクセルのCMOS検出器(必ずしもX線用途ではないが可視光用を流用して)を導入する予定もある。
もう一つの問題点は格子の仕様で、格子が200ミクロン厚のシリコン基板の上につくられているため10keV付近のX線には十分使用できるが、5keV以下のX線に対しては効率が落ちる。より薄い基板の格子の製作を検討中である。
本研究は、新原理の撮像法の基礎研究であるが、学会等で精力的に発表を続けた結果、関連分野の研究者の興味をひいている。具体的な衛星計画を立案し、目標として定めることも重要と考えている。

次年度使用額が生じた理由

新しい仕様の回折格子を新規製作し導入する予定であったところ、現有の4.8ミクロンの実験の調整で干渉縞をえることが可能であったため、それを用いた実験を優先した。

次年度使用額の使用計画

現有の回折格子ではX線透過率などで問題のあることも判明してきたので、改めて、実験結果を反映して最適な回折格子を検討し仕様を決定、年度前半に注文したい。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (7件) (うち謝辞記載あり 5件、 査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Discovery of a keV-X-ray Excess in RX J1856.5--37542017

    • 著者名/発表者名
      Yoneyama, Tomokage; Hayashida, Kiyoshi; Nakajima, Hiroshi; Inoue, Shota; Tsunemi, Hiroshi
    • 雑誌名

      Publicatrions of the Astronomical Society Japan

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hitomi Constraints on the 3.5 keV Line in the Perseus Galaxy Cluster2017

    • 著者名/発表者名
      Hitomi Collaboration
    • 雑誌名

      Astrophysical Jounal Letters

      巻: 837 ページ: L15 9pp

    • DOI

      10.3847/2041-8213/aa61fa

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A new type of multiple image x-ray interferometer for arcseconds and sub-arcseconds sources2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashida,Kiyoshi; Kurubi, Hiroyuki; Nakajima,Hiroshi; Kawabata, Tomoyuki; Inoue, Shota; Tsunemi, Hiryoshi
    • 雑誌名

      SPIE proceeding

      巻: 9905 ページ: id. 990557

    • DOI

      10.1117/12.2232182

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Hard x-ray imaging polarimeter for PolariS2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashida, Kiyoshi; Kim, Juyong; Sadamoto, Masaaki; Yoshinaga, Keigo; Gunji, Shuichi; Mihara,Tatehiro; Kishimoto, Yuji; Kubo, Hidetoshi; Mizuno, Ttsuneyoshi; Takahashi, Hiromitsu; and 6 coauthors
    • 雑誌名

      SPIE proceeding

      巻: 9905 ページ: 99051A

    • DOI

      10.1117/12.2232472

    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The quiescent intracluster medium in the core of the Perseus cluster2016

    • 著者名/発表者名
      Hitomi Collaboration
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 535 ページ: 117-121

    • DOI

      10.1038/nature18627

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Search for a non-equilibrium plasma in the merging galaxy cluster Abell 7542016

    • 著者名/発表者名
      Inoue, Shota; Hayashida, Kiyoshi; Ueda, Shutaro; Nagino, R.yo; Tsunemi, Hiroshi; Koyama, Katsuji
    • 雑誌名

      Publicatrions of the Astronomical Society Japan

      巻: 68 ページ: id.S23

    • DOI

      10.1093/pasj/psw027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Suzaku study on the ejecta of the supernova remnant G272.2-3.22016

    • 著者名/発表者名
      Kamitsukasa, Fumiyoshi; Koyama, Katsuji; Nakajima, Hiroshi; Hayashida, Kiyoshi; Mori, Koji; Katsuda, Satoru; Uchida, Hiroyuki; Tsunemi, Hiroshi
    • 雑誌名

      Publicatrions of the Astronomical Society Japan

      巻: 68 ページ: id.S7

    • DOI

      10.1093/pasj/psv114

  • [学会発表] X線多重像干渉計の概念デザイン検討II2017

    • 著者名/発表者名
      林田清、川端智樹他
    • 学会等名
      日本物理学会春季年会
    • 発表場所
      大阪大学
    • 年月日
      2017-03-20 – 2017-03-20
  • [学会発表] X線多重像撮像計、干渉計の概念検討2017

    • 著者名/発表者名
      林田清、川端智樹他
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-18
  • [学会発表] X線多重像干渉計開発のための基礎実験2017

    • 著者名/発表者名
      川端智樹、林田清 他
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
    • 発表場所
      九州大学
    • 年月日
      2017-03-15 – 2017-03-18
  • [学会発表] 反射鏡を使用しない高解像度X線撮影法X線多重像撮像計・干渉計2017

    • 著者名/発表者名
      林田清、川端智樹
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理学連絡会シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2017-03-09 – 2017-03-09
  • [学会発表] X線多重像干渉計、撮像計の開発2017

    • 著者名/発表者名
      川端智樹、林田清 他
    • 学会等名
      宇宙科学シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙科学研究所
    • 年月日
      2017-01-05 – 2017-01-05
  • [学会発表] XRPIXを用いた地上用、天文用X線干渉計の開発と基礎実験2016

    • 著者名/発表者名
      林田清、川端智樹他
    • 学会等名
      第7回SOIPIX研究会
    • 発表場所
      SPring8
    • 年月日
      2016-11-22 – 2016-11-22
  • [学会発表] XRPIXを用いた地上用・天文用X線干渉計の開発2016

    • 著者名/発表者名
      川端智樹、林田清 他
    • 学会等名
      第7回SOIPIX研究会
    • 発表場所
      SPring8
    • 年月日
      2016-11-22 – 2016-11-22
  • [学会発表] X線多重像干渉計の概念デザイン検討2016

    • 著者名/発表者名
      林田清他
    • 学会等名
      日本物理学会秋季年会
    • 発表場所
      宮崎大学
    • 年月日
      2016-09-24 – 2016-09-24
  • [学会発表] A New Type of “Multiple Image” X-ray Interferometer for arcseconds and sub-arcseconds sources2016

    • 著者名/発表者名
      Hayashida, K. et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telescopes and Instumentation
    • 発表場所
      イギリス、エジンバラ国際会議場
    • 年月日
      2016-06-29 – 2016-06-29
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2018-01-16  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi