ワイドバンドエックス線撮像偏光検出器の開発と硬エックス線偏光観測

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23340071
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 林田 清 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (30222227)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: X線偏光 / X線検出器 / シンチレータ / コンプトン散乱 / 降着円盤 / 宇宙磁場

研究実績の概要

X線ガンマ偏光観測は、ブラックホールまわりの降着円盤の構造や超新星残骸の磁場を測定する新たな手法として、その本格的な実現が期待されている。本研究ではX線ガンマ線偏光観測に特化した小型衛星計画PolariSを具体的な目標に、硬X線望遠鏡の焦点面に設置する偏光撮像計の中心に開発を行った。偏光撮像計は、プラスチック、GSO二種類のシンチレータ柱と位置検出型光電子増倍管を組み合わせて構成している。プラスチックシンチレータに入射したX線光子がコンプトン散乱を起こし反跳電子の信号を生じ、かつ、散乱光子が周囲に設置したGSOシンチレータで光電吸収され信号を生じた場合、X線の入射位置と散乱方向がわかる。これにより偏光測定するのが、動作原理である。
昨年度までの研究で作成したモデルを使用し、10-80keVの範囲でM~50%-60%という偏光測定能力をもつことを放射光実験で実証している。従来40-50keVだった散乱型X線偏光計のエネルギー下限を大幅に下げた。検出効率を高めるための信号処理の工夫にも成功し、さらに、Li散乱体をオプションとして使用する実験も行った。位置分解能は1.3mm(FWHM)と散乱型X線偏光計としては最高の性能である。X線検出過程のシミュレーションも実施し、実験結果をおよそ再現することも確認した。
さらにシミュレーションを拡張し、宇宙環境でのバックグランド（ガンマ線、荷電粒子、中性子）に対して、この検出器の応答を評価した。何も対策をとらない場合、バックグランドレベルは、かに星雲からのX線イベントを超えてしまう。シールドの形状を工夫し、半同時計数を活用することで、かに星雲の10分の１以下におさえられる。特に反跳電子を検出するモードではかに星雲の100分の１以下におさえられることがわかり、PolariSの目標感度を達成できることがわかった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Global Distribution of Ionizing and Recombining Plasmas in the Supernova Remnant G290.1-0.8 (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Kamitsukasa, K. Koyama, H. Uchida, H. Nakajima, K. Hayashida, K. Mori, S. Katsuda, H. Tsunemi
  • 雑誌名: Publ. Astr. Soc. Japan 巻: 67 ページ: id168
  • DOI: 10.1093/pasj/psu149
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X-ray gamma-ray polarimetry small satellite PolariS (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashida, Y. Daisuke, S. Gunji, T. Tamagawa, T. Mihara, T. Mizuno, H. Takahashi, T. Dotani, H. Kubo, Y. Yatsu, F. Tokanai, T. Nakamori, S. Shibata, A. Hayato, A. Furuzawa, 他12名
  • 雑誌名: SPIE proc. 巻: 9144 ページ: 91440K,10pp
  • DOI: 10.1117/12.2056685
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soft X-ray Imager (SXI) onboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashida, 他28名
  • 雑誌名: SPIE proc. 巻: 9144 ページ: 914429,8pp
  • DOI: 10.1117/12.2054575
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suzaku discovery of Fe K-shell line from the O-rich SNR G292.0+1.8 (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Kamitsukasa, K. Koyama, H. Tsunemi, K. Hayashida, H. Nakajima, H. Takahashi, S. Ueda, K. Mori, S. Katsuda, H. Uchida, Hiroyuki
  • 雑誌名: Publ. Astr. Soc. Japan 巻: 66 ページ: id648
  • DOI: 10.1093/pasj/psu035
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Discovery of an overlapping cluster in the Abell 1674 field with Suzaku (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Inoue, K. Hayashida, H. Akamatsu, S. Ueda, R. Nagino, H. Tsunemi, N. Tawa, K. Noriaki; K. Koyama
  • 雑誌名: Publ. Astr. Soc. Japan 巻: 66 ページ: id717
  • DOI: 10.1093/pasj/psu044
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Use of a charge-injection technique to improve performance of the Soft X-ray Imager aboard ASTRO-H (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Nobukawa, T.G. Tsuru, M. Nobukawa, T. Tanaka, H. Uchida, H. Tsunemi, K. Hayashida, N. Anabuki, H. Nakajima, R. Nagino, T. Dotani, M. Ozaki, C. Natsukari, H. Tomida, M. Kimura, M. Yamauchi, K. Mori, I. Hatsukade, Y. Nishioka, T. Kohmura, J. Hiraga, H. Murakami
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. and Meth. 巻: 765 ページ: 269-274
  • DOI: 10.1016/j.nima.2014.05.091
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas Bulk Motion in the Perseus Cluster Measured with Suzaku (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Tamura, N.Y. Yamasaki, R. Iizuka, Y. Fukazawa, K. Hayashida, S. Ueda, K. Matsushita, K. Sato, K.; Nakazawa, N. Ota, M. Takizawa
  • 雑誌名: Astrohoys. Journal 巻: 782 ページ: id33
  • DOI: 10.1088/0004-637X/782/1/38
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suzaku observations of the type 2 QSO in the central galaxy of the Phoenix cluster (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ueda, K. Hayashida, N. Anabuki, H. Nakajima, K. Koyama, H. Tsunemi
  • 雑誌名: Astrohoys. Journal Letters 巻: 778 ページ: id33
  • DOI: 10.1088/0004-637X/778/1/33
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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: K. Mori, Y. Nishioka, S. Ohura, Y. Koura, M. Yamauchi, H. Nakajima, S. Ueda, H. Kan, N. Anabuki, R. Nagino, K. Hayashida, H. Tsunemi, 他7名
  • 雑誌名: Nucl. Instr. & Methods A 巻: 731 ページ: 160-165
  • DOI: 10.1016/j.nima.2013.05.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single event effect characterization of the mixed-signal ASIC developed for CCD camera in space use (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakajima, M. Fujikawa, H. Mori, H. Kan, S. Ueda, H. Kosugi, N. Anabuki, K. Hayashida, H. Tsunemi, 他４名
  • 雑誌名: Nucl. Instr. & Methods A 巻: 731 ページ: 161-171
  • DOI: 10.1016/j.nima.2013.05.146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of the soft X-ray response of P-channel back-illuminated CCD (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ueda, K. Hayashida, H. Nakajima, N. Anabuki, H. Tsunemi, H. Kan, T. Kohmura, S. Ikeda, K. Kaneko, 他11名
  • 雑誌名: Nucl. Instr. & Methods A 巻: 704 ページ: 140-146
  • DOI: 10.1016/j.nima.2012.11.187
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X-ray measurement of the elemental abundances at the outskirts of the Perseus cluster with Suzaku (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Ueda, K. Hayashida, H. Nakajima, H. Tsunemi
  • 雑誌名: Astronomische Nachrichten 巻: 334 ページ: 426-430
  • DOI: 10.1002/asna.201211872
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] PolariS搭載用硬X線撮像偏光計の開発：バックグランド成分とパッシブ ターゲット (2015)
  • 著者名/発表者名: 林田 清 他
  • 学会等名: 日本天文学会2015年春季年会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測の展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: 林田 清 他
  • 学会等名: 高宇連研究会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-09
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測小型衛星PolariS (2015)
  • 著者名/発表者名: ｃ
  • 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: 2015-01-06 – 2015-01-07
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測小型衛星PolariS：開発の現状2014 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林田 清 他
  • 学会等名: 日本天文学会2014年秋季年会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [学会発表] X-ray gamma-ray Polarimetry Mission PolariS (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashida et al.
  • 学会等名: SPIE Astronomical Telescopes and Instruments
  • 発表場所: カナダ モントリオール
  • 年月日: 2014-06-22 – 2014-06-22
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測小型衛星PolariS開発の現状 (2014)
  • 著者名/発表者名: 林田 清 他
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学
  • 年月日: 2014-03-20 – 2014-03-20
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測小型衛星PolariS (2014)
  • 著者名/発表者名: 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: 2014-01-08 – 2014-01-09
• [学会発表] X線ガンマ線偏光観測小型衛星PolariS計画の現状 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林田 清 他
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2013-09-11 – 2013-09-11