郡司修一、門叶冬樹、櫻井敬久、岸本祐二、石垣保博、菅野誠、村山裕章、 硬Ｘ線偏光観測PHENEX 今後の計画 大阪大学大学院理学研究科 林田清、穴吹直久、森本真史、常深博 山形大学理学部 郡司修一、門叶冬樹、櫻井敬久、岸本祐二、石垣保博、菅野誠、村山裕章、 理化学研究所 三原建弘、小浜光洋、鈴木素子 ISAS/JAXA 斎藤芳隆、山上隆正

PHENEX2006　成果と問題点 システムとして動作し、レベルフライト6時間のうち1.4時間かに星雲を視野にとらえることができた。バックグランド観測は1時間。 かに星雲の硬Ｘ線領域での偏光度について、（統計誤差は十分小さくはないが）測定結果を提示することができた。 姿勢制御(方位角） 制御がはずれると発振状態となり、減衰に時間がかかった ARGOS GPSのノイズ 姿勢検出 太陽が気球の影になった時間帯で、検出限界の少し上(PSD)、検出限界以下（モニター用CCD) シリアルコマンド ＰＩシステムノイズが大きくノイズ対策が要求された 複数回送信する必要、遠方では届かず テレメトリ 一時的に特定のＨＫ項目が出力されず 偏光検出器MAPMT 特定のCsI chでノイズが高い->Low Thを個々のchで調整。 気球による減光が1桁近く、予想値は1/2-1/3。エッジをかすめた？

PHENEXシステム概要 電池箱 データ処理気密箱 検出器気密箱 PHENEX偏光検出器 4ユニット VME-CPU GPS USBメモリ モニターカウンター VME-DPボード アンタイカウンター 姿勢系 Arm-CPU HV装置 USBメモリ CCD太陽センサー PC/104 カード (HK用ADC&DI等) PSD太陽センサー 視線方向まわり回転機構 エレベーション制御機構 GAセンサー DC-DCコンバータ 気球システム GPS 送信機 受信機 モーメンタムホイール 姿勢系Arm-CPU 地上系 テレメトリー装置 QLシステム コマンドシステム

データ処理系気密箱 検出器気密箱 視線方向周り往復回転 （系統誤差削減に重要； 1往復/10分） モニターカウンタ モーメンタムホィール 偏光検出器ユニット データ処理系気密箱 PC/104 検出器気密箱 GAセンサ CCD太陽センサ VME PSD太陽センサ 視線方向周り往復回転 （系統誤差削減に重要； 1往復/10分） モニターカウンタ モーメンタムホィール PHENEXゴンドラ＠三陸

PHENEX2007計画 PHENEX2006実験の問題点を改善して、世界初の天体（かに星雲）からの硬Ｘ線偏光検出を目指す 偏光検出器の仕様、個数、データ処理装置、電源など基本仕様は変更しない 透過率　x1/0.7 , ON-source時間 ｘ3 で統計誤差~1/2 2007年5-6月放球に向けた準備状況 偏光計（MAPMT一部のchでノイズ大;１台づつ分解調査を開始） データ処理系（ハードは再利用、ソフトの微調と長期ランを行う） チャンバー＆回転装置（損傷部分を改修中） 電源系（DC-DCコンバータ式とは別に３端子方式を準備中） １次電池（仕様は昨年と同じ；注文待機中） シリアルコマンド系（相模原での定量的試験） 姿勢制御系（地上試験を開始） 姿勢検出系（CCD,PSDは手配済、ソフトの変更によるdynamic rangeの拡大） 外部ケーブル（２月、３月に再製作） 2007年3月にGO/NOGOの最終判断

PHENEX2008/2009計画 偏光検出器の台数4台->9台 低バックグランド化(2009) 偏光検出器の台数4台->9台　 データ読み出し＆処理装置の改良、小型化 チャンバー、回転機構は再利用 ２次電池の利用検討 低バックグランド化(2009) コリメータの一部をアクティブ（シンチレータ）化 かに星雲(2008)、Cyg X-1(2009)をターゲットとする ４時間の観測でMDP~16% 夜間の姿勢検出システムが必要 天体がどの程度の偏光度をもっていれば有意に検出できるか？ 現在の装置で、かに星雲が視野中央に入った場合、SRC~0.3Hz、SRC:BGD=1:3 バックグランドを低減できれば、同じ有効面積、観測時間でもMDPがさがる かに星雲より暗いソースではより有効

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 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 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

硬Ｘ線偏光観測で探る宇宙（一例） 宇宙空間の磁場と高エネルギー電子 ブラックホール周辺の降着円盤 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 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% X線イメージはNASA/CXＣ提供 Ex(keV) Matt, 1993, MNRAS 260

かに星雲（軟Ｘ線・硬Ｘ線） 可視光 軟Ｘ線 軟Ｘ線 2.6keV X線の偏光方向(159°) NASA/CXC 硬Ｘ線 NASA/CXC/ASU/J.Hester et al.; Optical: NASA/HST/ASU/J.Hester et al.) NASA/CXC This movie shows dynamic rings, wisps and jets of matter and antimatter around the pulsar in the Crab Nebula as observed in X-ray light by Chandra (left, blue) and optical light by Hubble (right, red). The movie was made from 7 still images of Chandra and Hubble observations taken between November 2000 and April 2001. To produce a movie of reasonable length the sequence was looped several times, as in looped weather satellite images. The inner ring is about one light year across. 硬Ｘ線 Makishima et al., 1981

国内外の状況(気球実験） 硬Ｘ線偏光観測の気球観測実験の計画としては、PHENEXが先行。SLAC(米）、東工大、宇宙研、広島大他による国際協力グループによるPoGO-Lite計画が2008-2009年の1st Flightを目指して着実に準備中 ガンマ線コンプトンカメラによる気球実験(HEFT-Mk2;Si/CdTe(ISAS他）、NCT（UCB他）)が2008年フライト計画中。ガンマ線領域での偏光検出能力をもつ。 PoGO(-Lite) PHENEX PoGO-Lite M 53% 35-40% 効率h 20% 24% *) 幾何学面積 11*9~100cm2 938cm2 *) コリメータ Passive->一部Active Well型 図はhttp://www.hp.phys.titech.ac.jp/pogo/detector.htmlより *) 植野他　2006年物理学会

（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

Ｘ線天文における偏光観測 Ｘ線天文学の30年前、現在、近未来 InFOCus, SUMIT,etc 10keV以上で左に迫る感度を目指す 年代 1970’(Einstein衛星以前） 2000’(Chandra, XMM,　Suzaku) 2010’(NeXT, Simbol-X) 観測対象 全天で~300個 １平方度あたり>1000個 感度（かに星雲単位） 1/100 1/108 エネルギー分解能(Ｅ/DE) 5　(PC) 50 (CCD) >100 (Grating) >1000 (カロリメータ） 角度分解能 1º (コリメータ） 0.5″ ? 偏光測定 かに星雲(2.6/5.2keV) 10個程度のＸ線源(>30-40keV) PHNEX2010-,PoGO-Lite PHENEX2006,2007,2008 >40keV PHENEX2009 CygX-1(>40keV) Polaris 100個程度のＸ線源(0.3-80keV) かにパルサー（>30keV) PoGO-Lite2008/2009

まとめ PHENEXは世界に先駆けた硬Ｘ線偏光観測プロジェクトである 2007年フライトでは、2006年フライトの問題点を改良し最小限の変更で、統計的に有意なかに星雲の偏光検出を目指す 2008年には偏光検出器を４ユニットから9ユニットに増強し、かに星雲の詳細観測を行う 2009年には、アクティブコリメータの導入で低バックグランド化を図り、CygX-1の偏光測定を行う 2010年以後、長時間フライトにより本格的な観測フェイズに移行する Ｘ線ガンマ線偏光観測小型衛星Polarisに技術的、人的成果を生かす