活動銀河核のX線分光観測による中心構造の解明

通过X射线光谱观测阐明活动星系核的中心结构

• 批准号: 04J02203
• 负责人: 江副 祐一郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Japan Aerospace Exploration Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J02203/
• 关键词: X線天文学; 活動銀河中心核; X線カロリメータ; 軽量X線光学系; MEMS技術

本研究の目的は平成17年度に宇宙航空研究開発機構宇宙科字研究本部によって打ち上けられた日本の科学衛星「すざく」に搭載された世界初のX線マイクロカロリメータXRSを用いて、巨大ブラックホールの空間構造を観測することであった。XRSを用い、ブラックホールに落ち込む物質が解放する重力エネルギーによって高温に熱せられた物質からの輝線成分とより中心のBH付近から強く放射されていると考えられる連続成分とのタイムラグを観測することで物質の分布を極めて正確に決めることができると期待された。しかし「すざく」衛星は軌道投入は無事成功したものの、XRSの冷媒である液体ヘリウムが消失したことによって、XRSが使用不可能になってしまった。そこで私はこの無念を晴らすべく、より高感度のカロリメータ検出器系の構築を、次世代X線観測衛星を目指し行って来た。私は昨年度より産総研および生産研の装置を共同で使用させて頂くことにより、TES温度計を用いたマイクロカロリメータのインハウス製作を行って来た。昨年度はインハウス化を済ませ5.9keVでのエネルギー分解能〜60eV(ベースライン〜7eV)のカロリメータを製作した。ここでベースラインとはノイズで決まる原理的に到達可能な分解能であり、実際の分解能との差はTES温度計で吸収されたX線イベントの場所依存性のためと考えられた。そこで、今年度私は大学院生らと協力し、初の金吸収体付きインハウスカロリメータを製作し、5.9keVでのエネルギー分解能4.8eV(ベースライン4.2eV)を達成した。この分解能は非分散系のX線検出器としては私の知る限り日本最高レベルと考えられる。同時にカロリメータ用の光学系として独自に開発をすすめてきた超軽量X線光学系の開発を行った。昨年度までに私は半導体微細加工技術の一つシリコンの異方性エッチングを使ってX線反射鏡を安価にしかも軽量に製作できることを世界で初めて実証した(発表(1)-2)。本年度私は大学院生と共に、初の一段型集光系の開発を行い、宇宙研の30mX線ビームラインにてファーストライトイメージを取得することに成功した。これは原理的にこの方法でX線光学系を構築できることを実証するものであり、従来よりも一桁以上軽量にX線を開発できることを示したことになる。本研究は2年連続で光学系最大の国際学会の一つSPIEの口頭発表に選ばれ、さらに多くのSPIE発表論文の中からSPIE Newsroomに招待され論文が掲載された。また、MEMSの最大の国際学会の一つTransducersにおいてもLate News論文に採択された。こうした装置開発と平行して、私は「すざく」衛星を用いた彗星のデータ解析やChandra衛星を用いた大質量星形成領域の解析を進め論文にまとめた(発表(1)-1)。

这项研究的目的是使用世界上第一台X射线微量热仪，目的是观察大厅的空间结构。使用XRS，我们将观察落入黑洞的物质释放的引力能加热到高温的物质的发射线分量与被认为从中心BH附近发射得更强烈的连续分量之间的时间滞后预计可以极其准确地确定物质的分布。然而，虽然朱雀卫星成功进入轨道，但由于XRS的冷却剂液氦的损失，XRS变得无法使用。因此，为了报这个遗憾，我一直在建造更加灵敏的热量计探测器系统，目的是建造下一代X射线观测卫星。从去年开始，我一直在联合使用 AIST 和 IIS 的设备，生产使用 TES 温度计的内部微热量计。去年，我们完成了内部生产，并生产了能量分辨率为 5.9keV 时约 60eV（基线约 7eV）的热量计。这里，基线是由噪声决定的理论上可实现的分辨率，与实际分辨率的差异被认为是由于 TES 温度计吸收的 X 射线事件的位置依赖性造成的。因此，今年，我与研究生合作创建了第一个带有金吸收体的内部热量计，并在5.9keV（基线4.2eV）下实现了4.8eV的能量分辨率。据我所知，这个分辨率被认为是日本非色散X射线探测器的最高水平。同时，我们开发了超轻型X射线光学系统，该系统是我们自主开发的热量计用光学系统。去年，我在世界上第一个证明了使用硅各向异性蚀刻（一种半导体微加工技术）可以廉价且轻量地制造 X 射线反射镜（演讲（1）-2）。今年，我与研究生一起开发了第一个单级聚焦系统，并在 ISAS 成功获得了 30m X 射线束线处的第一张光图像。这证明原则上可以使用这种方法构建X射线光学系统，并表明可以开发出比传统方法轻一个数量级以上的X射线。该研究连续两年在光学科学领域最大的国际会议之一SPIE上进行口头报告，并从SPIE众多论文中受邀在SPIE Newsroom发表。它还被 Transducers（最大的 MEMS 国际会议之一）接受为 Late News 论文。在开发这些仪器的同时，我利用朱雀卫星对彗星数据进行了分析，并利用钱德拉卫星对大质量恒星形成区域进行了分析，并发表了一篇论文（演示文稿（1）-1）。

项目成果

The X-Ray Observatory Suzaku

• DOI: 10.1093/pasj/59.sp1.s1
• 发表时间: 2007-01
• 期刊: Publications of the Astronomical Society of Japan
• 影响因子: 2.3
• 作者: K. Mitsuda;M. Bautz;Hajime Inoue;Rich Kelley;K. Koyama;H. Kunieda;K. Makishima;Y. Ogawara

Research and developement of MEMS x-ray optics

MEMS X射线光学器件的研发

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proceedings of the SPIE 5900
• 作者: Koshiishi;Ezoe;et al.;Ezoe et al.;Ezoe et al.
• 通讯作者: Ezoe et al.

A Michromachined X-ray Collector For Space Astronomy

用于空间天文学的微机械 X 射线收集器

• 发表时间: 2007
• 期刊: Proceedings of Transducers'07 (Late News) (In press)
• 作者: Ezoe;et al.
• 通讯作者: et al.

Micropore X-ray optics using an isotropic wet etching of (110) silicon wafers

使用 (110) 硅片各向同性湿法蚀刻的微孔 X 射线光学器件

• 发表时间: 2006
• 期刊: Applied Optics 45
• 作者: Ezoe;et al.
• 通讯作者: et al.

Silicon Micro-pore X-ray Optics

硅微孔 X 射线光学器件

• 发表时间: 2007
• 期刊: NIM-A (In press)
• 作者: Ezoe;et al.
• 通讯作者: et al.