(Japan Experiment Module)

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1 (Japan Experiment Module)
全天X線監視装置（MAXI）開発の現状 (Monitor of All-sky X-ray Image) ○片山 晴善、松岡 勝、上野 史郎、冨田 洋、磯部 直樹、森井 幹雄、横田 孝夫、倉又 尚之、川崎 一義 (宇宙機構)、三原 建弘、小浜 光洋、桜井 郁也 (理化学研究所)、常深 博、宮田 恵美 (大阪大)、河合 誠之、片岡淳 (東工大)、吉田 篤正、山岡 和貴 (青学大)、根来 均 (日大) MAXIのホームページ：　 概要 MAXIは、全天のX線天体を史上最高の感度で監視する観測装置です。　国際宇宙ステーション(ISS)の「きぼう」（日本の実験モジュール）の船外実験プラットホーム（曝露部）の初期利用ミッションです。　MAXIは、2種類のX線スリットカメラ：GSC (Gas Slit Camera)と、SSC (Solid-state Slit Camera)を搭載します。それぞれ、検出器部分にガス比例計数管、 X線CCDを用いており、 keV、 keV のX線を検出します。スリットカメラは細長い視野を持ち、宇宙ステーションが地球を一周する間に、ほぼ全天をスキャンします。 MAXIは史上最高の感度で観測するため、我々の銀河系内の天体の活動を観測するだけでなく、銀河系の外で起こっている活動天体のダイナミックな振る舞いを調べることが初めて可能になります。巨大ブラックホールをその中心核にもつ活動銀河（クェーサーやセイフ ァート銀河など）、銀河系外で起こる超新星の爆発、謎のガンマ線バーストなどを全天にわたって監視します。また、活動銀河の全天の分布を調べ、光 とは違った描像を示すX線による「宇宙の大構造」を調べることもできます。MAXIによって全天1000個を越えるX線天体の1日から数カ月にわたるX線強 度の監視が行なわれます。この時間尺度で活動銀河やジェット天体など銀河系外の天体がX線で系統的に監視されるのは世界で初めてです。また、 急に増光するX線新星やガンマ線バーストなど突発的な天体は、即時にデータを解析してインターネットを通して世界に速報され､いろんな望遠鏡で早期に詳しい観測が可能になります。さらに、我が太陽系を取り囲んでいる大きく広がった超新星の名残と考えられる高温度領域の詳しいX線マップをつ くります。 現在、JAXA、理化学研究所、大阪大学、東京工業大学、青山学院大学、日本大学が協力して開発をすすめており、 2008年に国産ロケットH-IIAで打ち上げられる予定です。 時間 [ days ] 天体のX線強度　[mCrab] 100 200 1 101 102 104 105 103 1周回 1週間 X線新星出現 ! (Tanaka et al.) MAXIを用いた高感度・長期X線変動モニター MAXIの感度 MAXI以前の感度 ターゲット天体 MAXI以前の感度 天体のX線強度　[mCrab] MAXIの感度 MAXIでX線の全天観測した場合のシミュレーション。 MAXIは全天観測で左図のようなマップを得て個々の天体の明るさの変化を調べます。 図は銀河座標で書かれており、中心が我々の銀河系の中心方向です。 MAXIは全天で1000を越えるX線天体の１日から数ヵ月にわたる、X線の強度変化を90分に1回の間隔で監視します。いわば、X線による全天の「動画」が撮影されます。 天体までの距離 [光年] MAXI以前は観測できなかった遠方のX線新星を発見し、その光度変化を追うことができます。X線新星のサンプル数が飛躍的に増加します。明るい新星は、増光前、増光後のより暗い時期まで監視できます。 MAXI以前の観測装置は、近傍の銀河系内天体が監視対象でした。MAXIはそれを超えて、銀河系外天体まで監視できます。 MAXIの構造 X線源の位置検出原理と視野 国際宇宙ステーション(ISS) 「きぼう」 日本実験棟「きぼう」, JEM (Japan Experiment Module) 進行方向 天頂視野 前方視野 船内実験室 ロボットアーム スリット コリメータ Solid-state Slit Camera (SSC) Gas Slit Camera (GSC) 船外実験プラットホーム 高度: 330 ～ 480 km 　軌道傾斜角:　 51.6度 軌道周期:　 分 MAXI 全重量　約 500 kg、サイズ1.5X1x1m 1次元位置検出器 天体からのX線はスリットを通って、１次元(X方向）位置検出器で検出されます。また、Y方向にはコリメータで視野を絞ります。これにより、天体の位置(X,Y)を決めることができます。スリット+コリメータ+１次元位置検出器のセットは、検出器の種類により、GSCまたはSSCと呼ばれます。GSCとSSCをそれぞれ６台及び２台配置することにより、天頂方向と前方向の空の領域をカバーします。ISSが地球のまわりを96分で一周することにより、ほぼ全天を走査することができます。 Solid-state Slit Camera (SSC) Gas Slit Camera (GSC) ΔE=145eV 48cm 20cm 速報体制とデータの公開 36cm 比例計数管 コリメーター SSCカメラとCCD SSCで取得したスペクトル 2-30 keV のX線に感度を持つガス比例計数管。電荷分割方式により、芯線方向に１次元の位置分解能を持つ。芯線は、直径１０μmの炭素繊維。１２台の検出器を搭載することにより、有効面積は世界最大の5000平方cmとなります。 keV のX線に感度を持つペルチェ冷却型X線CCD。ピクセルサイズ：24×24μm、ピクセル数: 1024×1024。16 CCD ×2 カメラで、全有効面積は、200 平方cm。JAXA、阪大、（浜ホト、明星電器）で開発をすすめています。 1日約15～17時間は、ISSとリアルタイム受信が可能で、JAXA筑波宇宙センターでX線源を常時監視します。バースト等の突発現象が確認されると、30秒以内にアラート情報を全世界の観測者に発信します。また、MAXIの全データは、1日以内に公開される予定です。 基本仕様 MAXI開発の現状と今後の計画　 空のカバー率 160度(長さ)×1.5度(半値幅)の視野を2方向に持つ。 瞬時、瞬時に監視する空の領域は、全天の2%。 96分(ISSの軌道・自転周期)ごとに全天の90～98%を走査。 撮像能力 点源像の広がりは1.5度(半値幅)。 天体位置決定精度(accuracy) 6分角以内。 検出エネルギー・分解能 2～30 keV のX線光子を検出。　分解能　１８%＠5.9 keV。 時間分解能 GPS時刻系に対して120μsecの精度。 検出感度(5σレベル) 10 mCrab(1周回)、1mCrab(1週間)。 90度(長さ)×1.5度(半値幅)の視野を2方向に持つ。 瞬時、瞬時に監視する空の領域は、全天の1.3% 96分(ISSの軌道・自転周期)ごとに、全天の70%を走査。 天体位置決定精度(accuracy) は6分角以内。 0.5～10keV のX線光子を検出。分解能 < 150 eV＠5.9 keV。 3～16秒　(CCD撮像器の電荷読み出し方法による)。 20 mCrab (1周回)、 2 mCrab (1週間)。 リアルタイムデータ 全観測時間の50%以上の間、データを即座に地上に転送。 X線天体が視野を横切ってから、地上でのデータ解析を経てインターネットで速報するまでに要する時間は３０秒以下。 機上蓄積データ 残りのデータはいったん機上に蓄積される。X線天体が視野を横切ってから速報までに要する時間は20分～3時間。 速報受取り 突発的な光度変化をおこした天体の情報を一般ユーザーにインターネットを通じて速報。 データ利用 一般ユーザーは、Webブラウザを通しインターネット経由で、任意のX線天体や空領域の「画像・エネルギースペクトル・光度曲線」を取得。 　MAXI全体のスケジュール：　2004年3月にCDR（詳細設計)を終えました。これからフライト品の製作と較正試験を行い、2006年4月に「一次噛み合わせ」を行います。2008年にH-IIA で打ち上げ予定です。（右図参照） 　GSC 　検出器: フライト品１２台＋スペア４台中、8台が製作済みです。そのうち、3台が較正試験を終えています。 　コリメーター: EMで試験を終え、PFMをこれから製作し、較正試験を行います。 　SSC 　EMカメラの評価が終了し、PFMカメラの製造設計段階です。 　コリメーター、ゲインの温度補償、温度制御等で改善を行います。 　素子の開発、製作、評価、スクリーニングは終了。バックアップ等も含め４８個の素子を確保しています。 GSC H-IIA / HTV で打ち上げ 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 一次噛み合わせ MAXI運用 詳細設計 設計維持 基本設計 CDR PDR 総合試験 解析ソフト開発 GSC開発・試験 SSC開発・試験 ASTRO-E2 Swift INTEGRAL GLAST Chandra XMM-Newton Lobster-ISS RXTE 関連ミッション MAXI開発スケジュール 現在 SSC 速報能力 ユーザー利用 注) 検出感度の、「mCrab」とは、Crab Nebula (かに星雲)のX線強度の1000分の１の単位。