半導体X線偏光計による中性子星表面近傍の強磁場環境と放射過程の解明

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01906
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小高 裕和 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50610820)
• 研究分担者: 玉川 徹 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (20333312) ; 川島 朋尚 東京大学, 宇宙線研究所, 特任研究員 (90750464)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 中性子星 / 強磁場 / X線偏光 / 符号化イメージング

研究実績の概要

中性子星・ブラックホールのようなコンパクト天体のなかでも、1兆ガウスを超える強磁場を持つ中性子星へのガス降着は、未だ理論的な理解が得られていない、天体物理学の難関問題である。本研究の目的は、この非常に複雑なシステムに対して、実験・理論の両面からこれまでにない手法でアプローチすることで、地上では到底実現できない強磁場のもとで物質と放射が如何に振る舞うかを解明することである。
実験的には、エネルギーが10-30 keVの硬X線帯域で偏光撮像観測の実現を目指し、CMOSイメージセンサを用いたX線撮像偏光計の開発と性能評価を行ってきた。データ解析のためには精密な理論モデルが必要であり、強磁場のもとで光子が電子に散乱される過程を正確に計算するモンテカルロシミュレーションを行い、降着プラズマ流の3次元X線放射モデルの開発を行っている。
2021年度計画 (パンデミックにより研究計画を2022年度まで繰越) では「微小ピクセルCMOSイメージセンサ偏光計」と「微細加工による符号化開口マスク」を統合する実用的な偏光撮像システムを製作し、シンクロトロン放射光施設SPring-8の硬X線ビームを用いて、性能評価試験を行った。2次元方向に空間的に広がった偏光データの取得に成功し、新しい偏光撮像アルゴリズムを用いて偏光撮像の実証に成功した。
天体物理学の面では、明るい中性子星連星である「Cen X-3」の「NuSTAR」衛星 のデータ解析を行い、広帯域X線スペクトルの時間変動の解析結果を論文として出版した。また、モンテカルロシミュレーションによるモデル化を進め、論文発表予定である。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Durham(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Durham
• [国際共同研究] Northeastern University/Columbia University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Northeastern University/Columbia University
• [雑誌論文] Strong Polarization of a Transition Arising from Unexpectedly Large Quantum Interference (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Nobuyuki、Numadate Naoki、Oishi Simpei、Tong Xiao-Min、Gao Xiang、Kato Daiji、Odaka Hirokazu、Takahashi Tadayuki、Tsuzuki Yutaka、Uchida Yuusuke、Watanabe Hirofumi、Watanabe Shin、Yoneda Hiroki
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 130 ページ: 113001
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.113001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Orbital- and Spin-phase Variability in the X-Ray Emission from the Accreting Pulsar Centaurus X-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Tamba Tsubasa、Odaka Hirokazu、Tanimoto Atsushi、Suzuki Hiromasa、Takashima Satoshi、Bamba Aya
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 944 ページ: 9～9
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acadde
  • 査読あり
• [雑誌論文] MeV Gamma-Ray Source Contribution to the Inner Galactic Diffuse Emission (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Naomi、Inoue Yoshiyuki、Yoneda Hiroki、Mukherjee Reshmi、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 943 ページ: 48～48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acab69
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconstruction of multiple Compton scattering events in MeV gamma-ray Compton telescopes towards GRAMS: The physics-based probabilistic model (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Hiroki、Odaka Hirokazu、Ichinohe Yuto、Takashima Satoshi、Aramaki Tsuguo、他
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 144 ページ: 102765～102765
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2022.102765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suzaku and Chandra study of diffuse X-ray emission from the massive star-forming region RCW?38 (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukushima Aoto、Ezoe Yuichiro、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 ページ: 187～198
  • DOI: 10.1093/pasj/psac100
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Formation of Over-ionized Plasma in Evolved Supernova Remnants (2022)
  • 著者名/発表者名: Katsuragawa Miho、Lee Shiu-Hang、Odaka Hirokazu、Bamba Aya、Matsumura Hideaki、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 938 ページ: 23～23
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac8cf9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Event reconstruction of Compton telescopes using a multi-task neural network (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashima Satoshi、Odaka Hirokazu、Yoneda Hiroki、Ichinohe Yuto、Bamba Aya、Aramaki Tsuguo、Inoue Yoshiyuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1038 ページ: 166897～166897
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.166897
  • 査読あり
• [雑誌論文] NuSTAR Observations of 52 Compton-thick Active Galactic Nuclei Selected by the Swift/Burst Alert Telescope All-sky Hard X-Ray Survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanimoto Atsushi、Ueda Yoshihiro、Odaka Hirokazu、Yamada Satoshi、Ricci Claudio
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 260 ページ: 30～30
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac5f59
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simulation-based spectral analysis of X-ray CCD data affected by photon pile-up (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamba Tsubasa、Odaka Hirokazu、Bamba Aya、Murakami Hiroshi、Mori Koji、Hayashida Kiyoshi、Terada Yukikatsu、Mizuno Tsunefumi、Nobukawa Masayoshi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 ページ: 364～383
  • DOI: 10.1093/pasj/psab131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of 40.5 ks Hard X-Ray Pulse-phase Modulations from SGR 1900+14 (2021)
  • 著者名/発表者名: Makishima K.、Tamba T.、Aizawa Y.、Odaka H.、Yoneda H.、Enoto T.、Suzuki H.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 923 ページ: 63～63
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac28fd
  • 査読あり
• [雑誌論文] An application of a Si/CdTe Compton camera for the polarization measurement of hard x rays from highly charged heavy ions (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuzuki Yutaka、Watanabe Shin、Oishi Shimpei、Nakamura Nobuyuki、Numadate Naoki、Odaka Hirokazu、Uchida Yuusuke、Yoneda Hiroki、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 92 ページ: 063101～063101
  • DOI: 10.1063/5.0050826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-match between the Latest Swift-BAT and Fermi-LAT Catalogs (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuji Naomi、Yoneda Hiroki、Inoue Yoshiyuki、Aramaki Tsuguo、Karagiorgi Georgia、Mukherjee Reshmi、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 916 ページ: 28～28
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0341
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X-Ray Constraint on the Location of the AGN Torus in the Circinus Galaxy (2021)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Ryosuke、Ueda Yoshihiro、Tanimoto Atsushi、Kawamuro Taiki、Setoguchi Kenta、Ogawa Shoji、Yamada Satoshi、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 913 ページ: 17～17
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abf0a2
  • 査読あり
• [雑誌論文] UV line-driven disc wind as the origin of UltraFast Outflows in AGN (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizumoto Misaki、Nomura Mariko、Done Chris、Ohsuga Ken、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 503 ページ: 1442～1458
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3282
  • 査読あり
• [雑誌論文] A <i>NuSTAR</i> confirmation of the 36 ks hard X-ray pulse-phase modulation in the magnetar 1E?1547.0???5408 (2021)
  • 著者名/発表者名: Makishima Kazuo、Enoto Teruaki、Yoneda Hiroki、Odaka Hirokazu
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 502 ページ: 2266～2284
  • DOI: 10.1093/mnras/stab149
  • 査読あり
• [学会発表] X-ray Imaging Polarimetry using a Fine Pixel CMOS Imager (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Odaka
  • 学会等名: NDIP20 (Conference on New Development in Photodetection)
  • 国際学会
• [学会発表] X-ray Polarimetry for Astrophysics with CMOS imaging sensors (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Odaka
  • 学会等名: Pixel22 (10th International Workshop on Semiconductor Pixel Detectors for Particles and Imaging)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CMOS イメージセンサを用いた硬X線撮像偏光計の開発 V (2022)
  • 著者名/発表者名: 小高裕和
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] モンテカルロ X 線放射輸送コード MONACOの光電離モデル (2021)
  • 著者名/発表者名: 小高裕和
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会