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Ｘ線ガンマ線偏光観測小型衛星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.

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Ｘ線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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…

  5. 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

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. Anomalous X-ray Pulsar超強磁場(>1014G)とQEDの証明 • Swank et al.,2004 SLAC workshop

  10. 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

  11. 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

  12. 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

  13. （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

  14. 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

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