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2018 年度 実績報告書

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 – 2019-03-31
キーワードX線干渉計 / X線ピクセル検出器 / CMOSピクセル検出器 / タルボ効果 / X線天文学
研究実績の概要

X線天文衛星に搭載される観測装置は、斜入射X線反射鏡とピクセル検出器としてのX線CCDを組み合わせた形式が標準になっている。角度分解能としては、1999年打ち上げのChandra衛星が達成した0.5秒角が例外的に優れており、技術的、コスト的な理由でこれを再現するのは難しいとされている。実際、2030年代打ち上げ予定の超大型X線天文台ATHENAでも目標は5秒角である。
我々は、格子と検出器だけからなる単純な構成で、このChandra衛星をしのぐ角度分解能のX線撮像システムを、超小型衛星サイズで実現する原理を発案した。それが、多重像X線干渉計モジュール(Multi Image X-ray Interferometer Module; MIXIM)である。新たな原理の干渉計ともいえるし、マルチスリットカメラの撮像システムで、回折でぼけてしまう像を、タルボ干渉効果を利用してシャープにする原理ともいえる。
本研究では、まず、フレネル近似における計算と、マイクロフォーカスX線源と30ミクロンピクセルX線検出器による原理実証を行い、4倍拡大撮影で干渉像の撮影に成功した。その後、よりピクセルサイズの小さい可視光用CMOSピクセル検出器に着目し、X線検出への流用をこころみた。結果として、室温でX線光子のエネルギー測定まで行えることを見出し、シンクロトロン放射光の平行X線ビームを照射する実験で、等倍撮影で干渉像を得た。角度分解能に換算すると、0.26秒角を実現している。
当初の目的は超小型衛星サイズのシステムであったが、格子、検出器間の距離を変えることでさまざまな衛星形態に対応可能で、例えば、100mの編隊飛行では0.01秒角の角度分解能まで望めることをしめした。
X線天体の観測装置に、全く新たな概念を導入しその実証までおこなったことになる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 6件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Universal detection of high-temperature emission in X-ray isolated neutron stars2019

    • 著者名/発表者名
      Yoneyama Tomokage、Hayashida Kiyoshi、Nakajima Hiroshi、Matsumoto Hironori
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 71 ページ: id.17

    • DOI

      10.1093/pasj/psy135

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unification of strongly magnetized neutron stars with regard to X‐ray emission from hot spots2019

    • 著者名/発表者名
      Yoneyama T.、Hayashida K.、Nakajima H.、Matsumoto H.
    • 雑誌名

      Astronomische Nachrichten

      巻: 340 ページ: 221~225

    • DOI

      10.1002/asna.201913593

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sub-arcsecond imaging with multi-image x-ray interferometer module (MIXIM) for very small satellite2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida Kiyoshi、Kawabata Tomoki、Hanasaka Takashi、Nakajima Hiroshi、Matsumoto Hironori、Tsunemi Hiroshi、Awaki Hisamitsu、Asakura Kazunori、Okazaki Koki、Yoneyama Tomokage、Ide Shuntaro
    • 雑誌名

      SPIE Proceeding

      巻: 10699 ページ: 106990U

    • DOI

      10.1117/12.2314181

  • [雑誌論文] Soft x-ray imaging telescope (Xtend) onboard X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM)2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida Kiyoshi、Tomida Hiroshi et al.
    • 雑誌名

      SPIE Proceeding

      巻: 10699 ページ: 1069923

    • DOI

      10.1117/12.2311446

  • [雑誌論文] Advancement of X-ray radiography using microfocus X-ray source in conjunction with amplitude grating and SOI pixel detector, SOPHIAS2018

    • 著者名/発表者名
      Hosono Ryo、Kawabata Tomoki、Hayashida Kiyoshi、Kudo Togo、Ozaki Kyosuke、Teranishi Nobukazu、Hatsui Takaki、Hosoi Takuji、Watanabe Heiji、Shimura Takayoshi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 ページ: 21044~21044

    • DOI

      10.1364/OE.26.021044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector†2018

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

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: id.113

    • DOI

      10.1093/pasj/psy118

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5?0.92018

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

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: id.38

    • DOI

      10.1093/pasj/psy027

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite2018

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Tadayuki et al.
    • 雑誌名

      Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems

      巻: 4 ページ: id. 021402

    • DOI

      10.1117/1.JATIS.4.2.021402

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Sub Arc-seconds to Micro Arc-seconds Imaging with Multi Image X-ray Interferometer Modules (MIXIM)2019

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      第19回宇宙科学シンポジウム
  • [学会発表] サブ秒角を達成した多重像X線干渉計(MIXIM)開発の現状とスケーラブルなミッション形態2019

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      ブラックホール研究会
  • [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIMの開発の現状微小ピクセルサイズの効能とスケーラブルな計画立案-2019

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      日本天文学会春季年会
  • [学会発表] サブ秒角を達成したMIXIMの開発の現状とスケーラブルな計画2019

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      高エネルギー宇宙物理連絡会シンポジウム
  • [学会発表] サブ秒角でX線撮像する多重像X線干渉計MIXIM2019

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      超小型衛星利用シンポジウム
    • 国際学会
  • [学会発表] Sub-arcsecond Imaging with Multi Image X-ray Interferometer (MIXIM) for Very Small Satellites2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida, K. et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telesceopes and Instrumentation
    • 国際学会
  • [学会発表] Soft x-ray imaging telescope (Xtend) onboard X-ray Astronomy Recovery Mission (XARM)2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida, K. et al.
    • 学会等名
      SPIE Astronomical Telesceopes and Instrumentation
    • 国際学会
  • [学会発表] サブ秒角でX線天体を撮像する多重像X線干渉計MIXIM の開発Ⅱ2018

    • 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
  • [学会発表] X線多重像干渉計MIXIMの開発現状(2) モデルプランの策定と概念検討2018

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      日本天文学会秋季年会
  • [学会発表] 多重像X線干渉計MIXIM 概念検討とモデルプラン策定2018

    • 著者名/発表者名
      林田 清、他
    • 学会等名
      量子イメージング研究会
  • [学会発表] Sub Arc-seconds to Micro Arc-seconds Imaging with Multi Image X-ray Interferometer Modules (MIXIM)2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashida, K. et al.
    • 学会等名
      Japan-China High Energy Astrophycs Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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