2013 Fiscal Year Research-status Report
小型衛星用広視野X線偏光装置の開発と系統的GRB偏光測定
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25610042
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
谷森 達 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10179856)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 硬X線偏光測定 / ガンマ線バースト / パルサー / ジェット / ガスTPC / 光電効果 / コンプトン散乱 |
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| Research Abstract |
ガンマ線バースト（GRB）は宇宙最大の爆発現象であり、その爆発機構はまだ不明である。その解明に不可欠なのがX 線γ線偏光度である。偏光は磁場構造、加速現場の幾何学情報を唯一与えてくれる。X、γ線偏光は宇宙物理全般で粒子加速解明に重要な磁場情報を与える観測量で有るが、その測定は大変困難であり、現在までに数例の精度の低い観測結果のみである。この申請では当初測定効率の良い5-30keV の光電効果電子の散乱方向測定を考えた。しかし光電効果電子を用いた場合偏光度測定の精度を決めるModulation値が0.2-3と小さくなる。一方コンプトン散乱面を測定すればM値が0.5以上が期待できる。この研究の基礎となった電子飛跡検出コンプトンカメラ(ETCC）は100keV以上で高い雑音除去と広視野（6str)とGRB検出には最適な装置である。特にETCCは内部が立方体ガス層であり高いM値が期待。またすでにETCCは３０cm角大型気球観測装置ができている。特に２５年度に気球用観測装置が完成、その検出感度が予想を１０倍以上の感度を得られることが判明し、GRB偏光観測に充分使用できることが判明した。そのためこの装置で数年後に予定している極域長期観測では２０個程度のGRB検出が予想され、このETCCで偏光測定も実現できればより早く目的が実現できるため、その可能性をまずは調査した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
25年度、気球用ETCC装置の有効面積や確度分解能等の性能評価を行い、シミュレーションと一致した結果を得、シミュレーションの精度の高さが実証できた。M値をシミュレーションで求め、100-500keV領域で0.5以上という善い値を得た。ETCCの６ｓｔｒという広視野はGRB探査には不可欠であり、この広視野内でM値が０．１程度しか変動しないこともわかった。さらに現在の気球ETCCのガスをCF4、３気圧に変更すれば有効面積が現在の１０倍の１０cm2以上に改善でき、上記気球実験で5ｰ１０個程度のGRBで偏光計測の下限値が３０％程度と、現在報告されているGRBの偏光値は誤差が大きいが、大半は５０％以上の偏光が報告されている。このような大きな偏光をGRBが持つことを確認するのに十分な感度があることがわかった。またETCCは偏光測定では困難なスペクトル測定も同時に行える。M値も現在提案されている偏光計では最高値であり、広視野も考慮すれば最高の硬X線ガンマ線偏光測定装置となる可能姓があることがわかってきた。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置の偏光能力を検証するには実測が不可欠である。しかし加速器ではサブMeVガンマ線を得られる放射光施設は存在しない。そのため現在、ETCCの高感度と角ガンマ線の方向が得られる利点を生かし、RIソースを用いてコンプトン散乱を大角度で発生させ、偏光ガンマ線を作り、その測定を行う準備を行っている。このエネルギー領域での偏光測定試験は従来不可能であり、これが成功すれば画期的な成果となる。 またシミュレーションによりより高いM値が期待される円筒型容器のETCCを調査し、M値0.７以上という高精度偏光測定が可能かどうか調査し、気球により衛星以上のGRB偏光測定の可能性を調査する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
GRB偏光感度の高いコンプトン散乱を使用することで現在開発中の気球用電子飛跡検出型コンプトンカメラＥＴＣＣを用いて気球実験で測定することでより迅速に高精度で実行できる可能性がわかり、初年度は主にその確認のためのシミュレーションによる研究が主体となった点が申請時と異なり、経費の使用する実験はこのシミュレーション結果に基づき行うので次年度に移した。
２６年度には初年度のシミュレーションに基づきETCC気球用装置でRIを用いた偏光測定実験を行い、シミュレーションの結果確認を行う。これにETCCを動作させるための回路部品やガス代として使用する。 またシミュレーションおよび実験結果では予想以上の結果が得られていると考えられ、早急に国際学会等で成果の発表を行う。 また、従来予定していたガスTPC中での光電効果電子の測定も行う予定である。
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