スウェーデンでの気球実験による硬X線偏光観測と高感度な焦点面偏光計の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25302003
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 高橋 弘充 広島大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (10536775)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: X線γ線天文学 / 偏光 / 気球実験

研究実績の概要

本研究の目的は、日米欧の国際研究チームでスウェーデンからPolarized Gamma-ray Observer (PoGOLite)気球を打ち上げ、硬X線帯域において天体からの本格的な偏光観測を実施することと、将来の望遠鏡と組み合わせた高感度観測を実現するために、焦点面に置く偏光計をスウェーデンチームと共同で開発することである。
今年度は、2016年夏にスウェーデン・キルナにあるEsrange気球実験場から再度PoGOLite気球を打ち上げられることが決定したため、PoGOLiteチーム内で前回2013年に放球した検出器の改良を行った。その中で、我々は高速中性子の非弾性散乱に起因したバックグランドを除去できるように、読み出し回路のサンプリングレートを37.5MHzから100MHzに高速化した。また回路素子の最適化も行い、電力も約3/4に削減することにも成功した。検出器全体の組み上げも順調に進んでおり、2016年夏に予定通りに放球できる予定である。
将来、望遠鏡の焦点面に置くことを想定した新型の偏光計については、小型な光検出器として近年新しく開発されたSi-PM（もしくはMPPC）検出器を利用し、入射した硬X線・ガンマ線の散乱体となるプラスチックシンチレータの読み出しについて実験を行った。その結果、-10℃の環境下で55Feの5.9 keVのX線が検出でき、5 keV程度まで低いスレッショルドを達成できることを実証することができた。

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

2016年のPoGOLiteの再フライトへ向け、担当している読み出し回路の高速化を完了した。
また将来計画に向け、偏光計の中で散乱体として利用するプラスチックシンチレータをSi-PM検出器で読み出す実験を完了した。

今後の研究の推進方策

2016年度は、PoGOLite気球の再フライトを成功させ、取得データから観測天体における偏光信号の有無について結論を出す。

次年度使用額が生じた理由

2016年夏にPoGOLite気球実験の再フライトを実施できることが決定したため、実験場のあるスウェーデンへの旅費が必要になったため

次年度使用額の使用計画

スウェーデンにおいて実施するPoGOLiteの放球およびデータ解析の際の旅費に利用する計画である

研究成果

• [雑誌論文] Observation of polarised hard X-ray emission from the Crab by the PoGOLite Pathfinder (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Chauvin, H.-G. Floren, M. Jackson, T. Kamae, T. Kawano, M. Kiss, M. Kole, V. Mikhalev, E. Moretti, G. Olofsson, S. Rydstrom, H. Takahashi, A. Iyudin, M. Arimoto, Y. Fukazawa, J. Kataoka, N. Kawai, T. Mizuno, F. Ryde, H. Tajima, T. Takahashi, M. Pearce
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 456 ページ: L84-L88
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slv177
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The design and flight performance of the PoGOLite Pathfinder balloon-borne hard X-ray polarimeter (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Chauvin, H.-G. Floren, M. Jackson, T. Kamae, T. Kawano, M. Kiss, M. Kole, V. Mikhalev, E. Moretti, G. Olofsson, S. Rydstrom, H. Takahashi, J. Lind, J.-E. Stromberg, O. Welin, A. Iyudin, D. Shifrin, M. Pearce
  • 雑誌名: Experimental Astronomy 巻: 41 ページ: 17-41
  • DOI: 10.1007/s10686-015-9474-x
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preflight performance studies of the PoGOLite hard X-ray polarimeter (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Chauvin, M. Jackson, T. Kawano, M. Kiss, M. Kole, V. Mikhalev, E. Moretti, H. Takahashi, M. Pearce
  • 雑誌名: Astroparticle Physics 巻: 72 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1016/j.astropartphys.2015.05.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The first demonstration of the concept of “narrow-FOV Si/CdTe semiconductor Compton camera” (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuto Ichinohe, Yuusuke Uchida, Shin Watanabe, Ikumi Edahiro, Katsuhiro Hayashi, Takafumi Kawano, Masanori Ohno, Masayuki Ohta, Shin'ichiro Takeda, Yasushi Fukazawa, Miho Katsuragawa, Kazuhiro Nakazawa, Hirokazu Odaka, Hiroyasu Tajima, Hiromitsu Takahashi, Tadayuki Takahashi, Takayuki Yuasa
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: 806 ページ: 5-13
  • DOI: 10.1016/j.nima.2015.09.081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Eta Carinae's Thermal X-ray Tail Measured with XMM-Newton and NuSTAR (2016)
  • 著者名/発表者名: Kenji Hamaguchi, Michael F. Corcoran, Theodore R. Gull, Hiromitsu Takahashi, Brian W. Grefenstette, Takayuki Yuasa, Martin Stuhlinger, Christopher M. P. Russell, Anthony F. J. Moffat, Neetika Sharma, Thomas I. Madura, Noel D. Richardson, Jose Groh, Julian M. Pittard, Stanley Owocki
  • 雑誌名: Astrophysical Journal 巻: 817 ページ: 23-31
  • DOI: 10.3847/0004-637X/817/1/23
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Study of a detector system for high-energy astrophysical objects using a combination of plastic scintillator and MPPC (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Nakaoka, Tsunefumi Mizuno, Hiromitsu Takahashi, Yasushi Fukazawa
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.nima.2016.03.063
  • 査読あり
• [学会発表] 硬X線偏光検出器PoGOLite気球実験:2016年の再フライトに向けての準備状況 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 首都大学東京、東京都
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] 硬X線偏光検出器PoGOLite気球実験2016年の再フライトへ向けて (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充
  • 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、神奈川県
  • 年月日: 2016-01-06 – 2016-01-07
• [学会発表] Fermi LAT observations of Eta Carinae during 2014 periastron (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Takahashi
  • 学会等名: 6th Fermi Symposium
  • 発表場所: アメリカ、ワシントンDC
  • 年月日: 2015-11-09 – 2015-11-13
• [学会発表] PoGOLite気球実験2016年フライト (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充
  • 学会等名: 大気球シンポジウム
  • 発表場所: 宇宙科学研究所、神奈川県
  • 年月日: 2015-11-05 – 2015-11-06
• [学会発表] The Astro-H Mission (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Takahashi
  • 学会等名: INTEGRAL 2015
  • 発表場所: イタリア、ローマ
  • 年月日: 2015-10-05 – 2015-10-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Scintillator Readout System with MPPC for Portable Compact Gamma-ray Spectrometer (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromitsu Takahashi
  • 学会等名: HSTD10
  • 発表場所: 中国、西安
  • 年月日: 2015-09-25 – 2015-09-29
• [学会発表] ASTRO-H衛星搭載軟ガンマ線検出器の現状と解析ソフトウェアについて (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘充
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 甲南大学、兵庫県
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11