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X線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris

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X線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris - PowerPoint PPT Presentation


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Polaris Working Group 林田清、常深博、高原文郎、穴吹直久 ( 阪大 ) 、 村上敏夫、米徳大輔(金沢大)、 郡司修一、門叶冬樹、櫻井敬久、柴田晋平、滝沢元和(山形大)、 三原建弘、玉川徹、小浜光洋、磯辺直樹(理研)、 鶴剛、松本浩典、谷森達、窪秀利、身内賢太朗(京大)、 堂谷忠靖、高橋忠幸、斎藤芳隆( ISAS/JAXA )、 小賀坂康志、田村啓輔、古澤彰浩 ( 名大 ) 、 片岡淳、河合誠之、植野優(東工大)、 北本俊二(立教大)、 深沢泰司、水野恒史、片桐秀明(広島大). X線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris.

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Presentation Transcript
polaris

Polaris Working Group

林田清、常深博、高原文郎、穴吹直久(阪大)、

村上敏夫、米徳大輔(金沢大)、

郡司修一、門叶冬樹、櫻井敬久、柴田晋平、滝沢元和(山形大)、

三原建弘、玉川徹、小浜光洋、磯辺直樹(理研)、

鶴剛、松本浩典、谷森達、窪秀利、身内賢太朗(京大)、

堂谷忠靖、高橋忠幸、斎藤芳隆(ISAS/JAXA)、

小賀坂康志、田村啓輔、古澤彰浩(名大)、

片岡淳、河合誠之、植野優(東工大)、

北本俊二(立教大)、

深沢泰司、水野恒史、片桐秀明(広島大)

X線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris

2006年12月に理学委員会小型衛星検討WGとして発足

slide2
宇宙空間の磁場と高エネルギー電子

シンクロトロン放射であれば偏光方向は磁力線と直交

ブラックホール周辺の降着円盤

散乱X線は強く偏光

X線偏光観測で探る宇宙(一例)

ブラックホールと降着円盤の“想像図”

Credit: Ben Bromley (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

http://imagine.gsfc.nasa.gov/YBA/cyg-X1-mass/black-holes.html

かに星雲

2.6/5.2keVで19%

偏光方向はトロイダル磁場を示唆

  • ガンマ線バーストの輻射機構と偏光

SN1006

超新星残骸

宇宙線粒子の加速の現場

磁場の向きによって加速の効率が大きくかわる

Waxman, 2004, Nature 423, p.388

X線イメージはNASA/CXC提供

polaris polarimetry satellite
Polaris (Polarimetry Satellite)の目的と構成
  • 10mCrab以上のX線天体の偏光測定 偏光版UHURU衛星
    • 多層膜スーパーミラーと複数の焦点面偏光計により、ワイドバンドの偏光度測定
    • 超新星残骸、BH連星系、NS連星系、パルサー、活動銀河核、銀河団を観測
  • ガンマ線バーストの偏光検出
    • 広視野偏光計による年間10発程度のガンマ線バーストの偏光測定

ミラー

6mx4台/12m1台

ガス偏光計

散乱偏光計

polaris1

40年

  • PHENEX気球実験2006,2008,…
  • SUMIT、InFOCms気球実験
  • PoGO-Lite気球実験2008,…
  • ソーラーセイル用GRB偏光計
  • 基礎開発(GEM,m-PIC,散乱イメージング偏光計、多層膜)
  • 理論計算

世界的にみても先行している国内のアクテイビティをPolarisに結合させる。

2007年度は、デザイン検討をさらにすすめる。

X線偏光観測の現状とPolaris
  • X線天文学における偏光観測は、1970年代のかに星雲からの偏光検出以降、30年にわたって…
slide6
X線天文学における観測

すざく衛星 2005-

  • 30年前と現在

偏光測定は1970年台以降ほとんど進展がない

slide7

1型

無偏光

2型 偏光

超巨大ブラックホール

可視光偏光観測→活動銀河核の統一的描像

可視域での偏光成分の観測

(2型AGN NGC1068)

Antonucci & Miller 1985, ApJ, 297, 621

slide8
X線偏光観測が期待される対象
  • シンクロトロン放射
    • SNR(パルサー星雲型、SN1006型、シェル型)
    • ブレーザー、マイクロクェーサー
    • ガンマ線バースト
  • 散乱
    • 降着円盤による散乱、トーラスによる散乱、反射星雲
    • セイファート銀河の連続成分の輻射機構
  • 磁場と散乱
    • 連星系パルサー
    • 単独パルサー
  • 制動放射

輻射機構、天体の幾何学、磁場の構造の解明古くて新しい問題

slide9
宇宙空間の磁場と高エネルギー電子

シンクロトロン放射であれば偏光方向は磁力線と直交

ブラックホール周辺の降着円盤

(硬)X線偏光観測で探る宇宙(一例)

ブラックホールと降着円盤の“想像図”

Credit: Ben Bromley (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)

http://imagine.gsfc.nasa.gov/YBA/cyg-X1-mass/black-holes.html

かに星雲

2.6/5.2keVで19%

40keV>で?

SN1006

超新星残骸

宇宙線粒子の加速の現場

磁場の向きによって加速の効率が大きくかわる

100%

降着円盤で反射されたX線の偏光度の期待値

偏光度

10%

1%

Ex(keV)

Matt, 1993, MNRAS 260

X線イメージはNASA/CXC提供

slide11

OSO-8

ビーム測定、PHENEX

CCD,ガスマイクロ

偏光検出に関わる物理
  • ブラッグ反射(結晶あるいは多層膜)
    • ブラッグ角を満たすエネルギーのX線に対して、σ偏光は反射率1、π偏光は反射率cos2Θ
  • トムソン(コンプトン)散乱
    • 入射X線の電場ベクトルの垂直な方向に散乱されやすい
  • 光電子放出の異方性
    • 入射X線の電場ベクトルに平行な方向に放出されやすい
  • L殻光電吸収における蛍光X線の放出方向
1975 1978 oso 8

グラファイト結晶

1975-1978 OSO-8衛星(米)ブラッグ偏光計

比例計数管

ブラッグ条件を満たす2.6keV, 5.2keV付近の狭いバンドの光子しか利用できない

slide13
期待される感度とターゲット(9ユニット)

40keV以上の領域で

  • 2010年以降、南半球での大陸間横断フライトが実現し、>1週間の観測時間が確保できれば、10個以上の天体がターゲットになる。
    • データ処理装置の省電力化、大容量化が必須
  • 1Crab以上の天体

Cygnus X-1

Crab Nebula

  • 50mCrab-1Crabの天体

Crab Pulsar、 Sco X-1

Vela X-1、1700-377

GX 301-2、 1657-415

GX1+4、GX5-1

NGC4151、 Cen-A

Cygnus X-3、 Her X-1

slide14
(小型)衛星計画
  • X線偏光観測衛星はOSO8(1970年代)以降実現されていない
  • 2003年にアメリカのSMEX(小型衛星)計画公募に提出された37件のうち、4件がX線偏光計画。ただし、いずれも非採択。
  • 日本のX線ガンマ線小型衛星計画 Polaris
    • 2006年12月小型衛星検討WGのひとつとして承認された
    • 阪大、山形大、金沢大、宇宙研、理研、東工大、名大、京大、広島大他
    • 目的
      • かに星雲の1/100の明るさのX線源の撮像偏光観測
      • 広視野偏光計によるガンマ線バーストの偏光測定
    • 2010年半ばの実現が目標
    • 気球実験の成果を直接、間接に利用
      • 散乱偏光計 PHENEX, PoGO-Lite
      • ミラー SUMIT
      • (ガス偏光計 SMILE)
  • (インドの小型衛星計画でもX線偏光を検討中)

ミラー焦点距離6mx4台

Polaris

ガス偏光計

散乱偏光計

slide15
X線天文における偏光観測

InFOCus, SUMIT,etc

10keV以上で左に迫る感度を目指す

10個程度のX線源(>30-40keV)

>40keV

CygX-1(>40keV)

100個程度のX線源(0.3-80keV)

かにパルサー(>30keV)

PHENEX2006, 2008

PHNEX2010-,PoGO-Lite

PHENEX2009

Polaris

PoGO-Lite2008/2009

  • X線天文学の30年前、現在、近未来