| 研究課題/領域番号 |
26220703
|
|---|
| 研究機関 | 首都大学東京 |
|---|
研究代表者 |
大橋 隆哉 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (70183027)
|
|---|
| 研究分担者 |
田原 譲 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10135296)
山崎 典子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (20254146)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2014-05-30 – 2019-03-31
|
| キーワード | ダークバリオン / 銀河間物質 / 宇宙の大規模構造 / Ｘ線分光 / Ｘ線天文学 / 科学衛星 / マイクロカロリメータ / Ｘ線望遠鏡 |
|---|
| 研究実績の概要 |
2016年度は研究の3年目であり、TESカロリメータおよび冷却系の開発、4回反射望遠鏡の開発といった課題に取り組んだ。DIOSへ向けてのステップが、マイクロカロリメータSXSによる観測を世界ではじめて実現する「ひとみ」衛星の打ち上げであった。SXSは軌道上でよい性能を出したにもかかわらず、1ヶ月ほどで姿勢系の異常のために観測を断念する事態となった。本研究への「ひとみ」の影響の第一は、冷却系が正常に動作し、SXSが4.9 eVというすばらしいエネルギー分解能を実現したことである。DIOSも同様の冷却系を用いる予定であるため、冷却系の成功はDIOSへ向けての大きなステップを乗り越えたことになる。影響の第二は、「ひとみ」のサイエンスを実現させるために、Ｘ線代替機を2020年度の打ち上げを目指してスタートさせるという決定である。このために、当初予定していた、2020年代初頭のDIOS打ち上げは不可能になり、予定を遅らせる方向で検討を進めた。
この状況も踏まえてTESカロリメータの開発を進めた。積層配線を用いた多素子のカロリメータの製作とともに、産総研とも協力しマイクロ波読み出しの開発に着手した。これは将来的に数万ピクセルものTESカロリメータの信号読み出しを可能にする技術である。
4回反射Ｘ線望遠鏡は約5分角の分解能まで達成できているが、将来のDIOSへ向けては、さらに大幅に角分解能を改善する必要が出てきたため、さまざまな技術検討を進めつつある。
一方、ダークバリオンの観測により宇宙の進化へどいういう制限がつけられるかを評価するため、イェール大学、東大、奈良女子大などと協力して、宇宙の構造形成と、それを新しいDIOSで観測し、エネルギースペクトルを解析するという一連の流れのシミュレーションに着手している。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
DIOS衛星は2022年ごろの打ち上げを目指していたが、「ひとみ」の姿勢異常とそれを受けたＸ線代替機の2020年度打ち上げへ向けた実施のために、DIOSの早期実施は不可能となった。このため、角分解能やTESカロリメータの素子数を増強した形 (仮称Super DIOS)で、打ち上げ時期を2030年頃として再設計を行うこととする。達成状況について以下に述べる。
1. 「ひとみ」の冷却系と科学成果：「ひとみ」は姿勢異常となるまでの1ヶ月間、軌道上で正常に動作し、新たな観測結果をもたらした。冷却系は機械式冷凍機、断熱消磁冷凍機、液体ヘリウムの保持を含めて正常に動作し、SXSのエネルギー分解能4.9 eV (6 keVに対するFWHM)を実現した。ペルセウス座銀河団の高温ガスの乱流の視線速度を約160 km/sとはじめて制限し、ダークマター起源と言われた3.5 keVの輝線が見えないことも明確にした。科学論文は2編出版され、技術および科学の論文は30編以上が出版される見通しとなっている。特に機械式冷凍機の微小擾乱が、SXSの性能にほとんど影響を与えないレベルまで抑えられたことは、今後のミッションへ向けて大きな進展となった。
2. TESカロリメータと読み出し系の開発：日本独自のTESカロリメータの製作と読み出し系の開発を進めた。Super DIOSで必要となる、数万ピクセルのTESカロリメータへ向けて、マイクロ波読み出しの基礎実験を開始した。これは産総研や宇宙研も参加していて、今後急速に進展することが期待される。
3. Ｘ線望遠鏡：名古屋大学独自に4回反射望遠鏡の開発を進めており、ほぼ5分角という角分解能を実現している。Super DIOSでは10秒角という分解能が要求されるため、ヨーロッパのXMM-Newtonで使われた技術などを導入し、引き続き開発を進めていく。
|
| 今後の研究の推進方策 |
Super DIOS実施は2030年へ延期するが、Ｘ線代替機の実現は、冷却系や熱設計などを含めて重要なステップとなる。今後は、Ｘ線代替機の製作を進めながら、Super DIOSへ向けた、衛星システム、TESカロリメータ、Ｘ線望遠鏡の開発を行っていく。
1. Ｘ線代替機の製作：「ひとみ」で正常に動作したとはいえ、Ｘ線代替機では一部を国内メーカーの製作に変更するなど開発項目が発生する。信頼性の高い低雑音冷凍機はSuper DIOSへ向けての重要な技術である。本研究としても冷却系を中心とするＸ線代替機の製作を進めていく。
2. Super DIOSによるサイエンスの検討：イェール大学、東大、奈良女子大などと協力し、ダークバリオン観測の新しいシミュレーションを進める。角分解能が大幅に向上することで、ダークバリオンの検出感度があがり、構造形成や星形成のモデルに厳しい制限を与えられることが期待される。シミュレーションによりSuper DIOSで達成可能なサイエンスを定量的に評価していく。
3. TESカロリメータの開発：マイクロ波TESの開発を首都大、JAXA宇宙研を中心に、産総研グループとも共同で進めていく。特に、素子開発、SQUID、GHz読み出しの開発などを、各機関で手分けして進めるよう体制も整備していく。
4. Ｘ線望遠鏡の開発：従来の4回反射望遠鏡を超えて、角分解能10秒角の望遠鏡を達成するために、名古屋大学を中心に、JAXA宇宙研、大阪大学、国際協力などを含めて開発の検討を進める。
5. Super DIOSの概念設計：観測系を含めた熱設計と構造設計をメーカーに依頼して実施する。衛星が大型化することは避けられないので、衛星規模、重量、電力、熱的な成立性を検討の課題とする。年度内に、Super DIOSへ向けたResearch GroupをJAXA宇宙研の理学委員会の下に設置する提案を行う。
|
