散乱型硬X線偏光度検出器によるかに星雲の偏光度観測

使用散射硬 X 射线偏振探测器观测蟹状星云的偏振

基本信息

批准号：
17030001
负责人：
郡司修一
金额：
$ 3.58万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17030001/
关键词：
硬X線偏光度検出器カニ星雲 PHENEX 気球偏光かに星雲シンチレーター MAPMT

项目摘要

X線/硬X線天文学は、エネルギー、時間、イメージの観測により、大きく発達してきた。しかしながら、偏光の観測は30年前に行われて以来、ほとんど観測が行われていない。特に硬X線領域での観測は大きく立ち後れているのが現状である。それはひとえに検出器開発が困難だからである。しかしながら、偏光観測が実現できれば天体の幾何学的な構造や磁場構造、パルサーやブラックホールのエネルギー輻射メカニズムを研究する上で大いに役立つ。特に硬X線領域での観測であれば、気球での観測が可能であり、非常に安価に実験を行うことができる。そこで我々は硬X線領域に高い感度を持つ偏光度検出器の開発を行った。この検出器をPHENEX(Polarimetry for High ENErgy X rays)と呼ぶ。PHENEXはユニットカウンターと呼ばれる偏光度検出器を複数台並べたものであり、ユニットカウンターは80keVで偏光解析能力53%、検出効率20%と世界最高レベルの性能を持つ検出器である。そして2006年6月に、ユニットカウンターを4台積んだPHENEX検出器を気球に搭載して超新星残骸であるカニ星雲のプレリミナリーな偏光観測を行った。日本時間の5時13分に岩手県三陸町から打ち上げられた検出器は、打ち上げ後2時間半程度で上空37.5kmに到達し、6時間15分のレベルフライトを行った。この間検出器本体は正常に動作したが、残念ながら方向制御のトラブルにより、カニ星雲を正確に追尾することはできなかった。しかし、それでも約1時間のカニ星雲の観測と1時間のバックグランドを実現することができた。観測終了後は検出器を海に落下させて回収を行った。検出器に積まれていたデータを解析したところ、検出器がカニ星雲からの信号を10σ以上で検出していた事が確認できた。また偏光解析を行った結果、統計的には不十分ではあるものの偏光を示すモジュレーションらしきパターンも観測された。今後有効面積を増やし、方向制御をフィックスすれば、カニ星雲やCygnus X-1の偏光観測も十分可能であるという事が分かった。

X射线/硬X射线天文学通过对能量、时间和图像的观测得到了极大的发展。然而，自从30年前首次进行偏振观测以来，观测结果非常少。特别是硬X射线区域的观测目前远远落后。这仅仅是因为开发探测器很困难。但如果能够实现偏振光观测，对于研究天体的几何结构、磁场结构，以及脉冲星和黑洞的能量辐射机制都有很大帮助。特别是，可以使用气球进行硬X射线区域的观察，从而使实验变得极其便宜。因此，我们开发了一种在硬X射线区域具有高灵敏度的偏振度探测器。该探测器称为 PHENEX（高能 X 射线偏振测定法）。 PHENEX是一个被称为单元计数器的多个偏振度探测器阵列，单元计数器为80keV，偏振分析能力为53%，探测效率为20%，是世界上性能最高水平的探测器。 2006年6月，气球上安装了一台装有四个单位计数器的PHENEX探测器，对超新星遗迹蟹状星云进行了初步的偏振观测。该探测器于日本时间凌晨5时13分从岩手县三陆町发射，发射后约2个半小时到达37.5公里高度，完成了6小时15分钟的平飞。这段时间探测器本身运行正常，但遗憾的是由于方向控制的问题，无法准确追踪蟹状星云。不过，我们仍然能够观测蟹状星云约1小时，观测背景1小时。观测完成后，探测器被投入海中并被回收。对探测器中存储的数据的分析证实探测器正在探测来自蟹状星云的信号，其强度为 10σ 或更高。此外，作为偏振分析的结果，尽管统计结果不充分，但也观察到了表示偏振的调制的图案。我们发现，如果将来增加有效面积并固定方向控制，就有可能观测到蟹状星云和天鹅座X-1的偏振。