天体硬X線偏光計PoGOの開発(I) 水野恒史、山本和英、深沢泰司(広大理)、 金井義和、有元誠、植野優、片岡淳、 河合誠之(東工大)、

Slides:



Advertisements
Similar presentations
硬 X 線で探るブラックホールと銀河の進化 深沢泰司(広大理) 最近の観測により、ブラックホールの形成と 銀河の進化(星生成)が密接に関係することが わかってきた。 ブラックホール観測の最も効率の良い硬 X 線で 銀河の進化を探ることを考える。 宇宙を構成する基本要素である銀河が、いつ どのように形成され、進化してきたか、は、宇宙の.
Advertisements

2013 年度課題研究 P6 Suzaku によるガンマ線連星 LS I の観測データの解析 2014 年 02 月 24 日 種村剛.
ガス検出器: 散乱体 反跳電子の飛跡と Energy シンチレーションカメラ : 吸収体 散乱γ線の吸収点と Energy μ-PIC+GEM.
すばる主焦点搭載用10-100GeVγ線検出器 “CheSS”による かに星雲の観測報告
X線偏光観測最前線 December 01, 2007 Tsunefumi Mizuno Hiroshima University
三原建弘(宇宙放射線) 山形大学 郡司修一、門叶冬樹、大阪大学 林田清
理研における ガス電子増幅フォイル(GEM)の開発と その応用
三原建広(理研)、林田清(阪大)、郡司修一、門叶冬樹(山形大理)
GRB 観測 相対論的 Jet の内側を探る 金沢大学 米徳 大輔、村上敏夫 今日のトピックは Inverse Compton
X線天文衛星用CCDカメラの 放射線バックグランドの評価
エマルションチェンバーによる 高エネルギー宇宙線電子の観測
microTPC を用いたガンマ線 イメージング検出器の開発V
半導体による大面積硬X線観測 2010年くらいから硬X線領域(10-60keV)での 望遠鏡観測が開始 高感度撮像により さまざまな天体の非
X線偏光で探る高エネルギー天体現象と観測ミッション
すざく衛星によるTeV γ線天体HESS J の観測 --dark accelerator?--
論文紹介07: X-ray Polarimetry Missions
XTE/ASM, PCA, HEXTEの感度と観測成果
内山 泰伸 (Yale University)
NeXT衛星 宇宙の非熱的エネルギーの源を探る focal length m
光子モンテカルロシミュレーション 波戸、平山 (KEK), A.F.Bielajew (UM)
理研におけるレーザーを用いた ガス電子増幅(GEM)フォイルの開発
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
放射光偏光X線を用いた撮像型 キャピラリーガス比例計数管の特性試験
Performance of 1600-pixel MPPC for the GLD calorimeter readout
新型光検出器MPPCと その読み出しエレクトロニクスの開発
物質中での電磁シャワー シミュレーション 宇宙粒子研究室   田中大地.
放射光実験施設での散乱X線測定と EGS5シミュレーションとの比較
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
八角シンチレータ偏光計の性能 性能実験 ~八角シンチレータとは~ 結果 第3回宇宙科学シンポ
光子モンテカルロシミュレーション 光子の基礎的な相互作用 対生成 コンプトン散乱 光電効果 レイリー散乱 相対的重要性
高エネルギー天体グループ 菊田・菅原・泊・畑・吉岡
MICE実験用SciFi飛跡検出器の性能評価(2)
東邦大学理学部物理学科 宇宙・素粒子教室 上村 洸太
硬X線偏光検出器PHENEXの開発VI: かに星雲の偏光観測実験概要
宇宙線ミューオンによる チェレンコフ輻射の検出
ガンマ線連星 LS I 放射モデル 2009/12/14 永江 修(広島大学).
黒澤君計算との違い 岸本 祐二.
「すざく」であばく超光度X線源 (P4-7) rikne
PHENIX実験におけるp+p衝突実験のための
X線ガンマ線偏光観測小型衛星Polaris
偏光X線の発生過程と その検出法 2004年7月28日 コロキウム 小野健一.
天体硬X線偏光検出器PoGOの 開発試験(II)
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
「すざく」搭載XISのバックグラウンド ――シミュレーションによる起源の解明
ガンマ線偏光観測で探る ガンマ線バーストの放射メカニズム 米徳大輔(金沢大) 村上敏夫、森原良行、坂下智徳、高橋拓也(金沢大)
全天X線監視装置(MAXI)搭載ガススリットカメラ用コリメータの特性測定
暗黒物質検出のための 方向感度を持った検出器の開発
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
KOPIO実験のための中性子不感型光子検出器の開発(2)
pixel 読み出し型 μ-PIC による X線偏光検出器の開発
気球搭載硬X線偏光計PoGOLiteの波形弁別部の評価試験
宮本 八太郎(日大、理化学研究所) 三原 建弘、桜井 郁也、小浜 光洋(理化学研究所)
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
LMXB の統一描像 NS-LMXB の簡単な描像
SksMinus status 13 HB meeting 2008/10/3 白鳥昂太郎.
Tsunefumi Mizuno (Stanford Linear Accelerator Center)
γ線パルサーにおける電場の発生、粒子加速モデル
ASTRO-E2搭載CCDカメラ(XIS)校正システムの改良及び性能評価
宇宙γ線衛星GLASTで見る銀河系の高エネルギー現象
BH science for Astro-E2/HXD and NeXT mission
Smile simulation 黒澤計算 ver 1.2 (Crab ・ Cyg X-1)
Smile simulation 黒澤計算 ver (Crab)
5×5×5㎝3純ヨウ化セシウムシンチレーションカウンターの基礎特性に関する研究
(GAmma-ray burst Polarimeter : GAP)
宇宙γ線衛星GLASTの最終組上げ試験と現状
気球搭載硬X線偏光検出器PoGOLiteの地上キャリブレーション試験 (Ⅱ) 吉田広明、○水野恒史、梅木勇大、田中琢也、高橋弘充、深沢泰司 (広島大)、釜江常好、田島宏康 (SLAC)、栗田康平、金井義和、有元誠、植野優、片岡淳、河合誠之 (東工大)、高橋忠幸、勝田隼一郎 (ISAS/JAXA)、郡司修一.
60Co線源を用いたγ線分光 ―角相関と偏光の測定―
中性子星/ブラックホール連星の光度曲線の類似性
Presentation transcript:

天体硬X線偏光計PoGOの開発(I) 水野恒史、山本和英、深沢泰司(広大理)、 金井義和、有元誠、植野優、片岡淳、 河合誠之(東工大)、 郡司修一(山形大学)、 斉藤芳隆、高橋忠幸(ISAS/JAXA)、 T.P.Ylinen、M. Kiss、田島宏康、釜江常好、Z. Apte(SLAC)、 M. Pearce(KTH) ほかPoGOチーム 目次: PoGOの概要 開発試験1~3 開発体制、スケジュール 諸元 期待される成果1、2 まとめ

硬X線偏光検出器PoGO 偏光:天体のジオメトリを直接さぐる、まったく新しいプローブ シンクロトロン放射 コンプトン散乱 パルサー:磁場構造、放射機構 AGN、マイクロクエーサー:磁場構造、ジェットのメカニズム コンプトン散乱 ブラックホール連星:降着円盤の構造 PoGO計画 (Polarized Gamma-ray Observer): slow scintillator (t~200ns)/ passive collimator 2009年初頭の気球による硬X線観測 (25-100 keV)。最初のターゲットはかにパルサー 日米欧の国際協力 約200本のプラスチックシンチレーター (t~2ns)からなるコンプトン散乱型偏光計 Suzaku HXD-IIでも採用された井戸型フォスウィッチカウンタのデザインによる徹底した低バックグラウンド化を実現 side BGO (t~300ns) bottom BGO PMT

開発試験(I):PMT/シンチレーター Kataoka et al. 2005, SPIE 5898, 133 集光率の向上 コンパクト(1 inch、19 cm、228 g)な筐体に、PMT、ブリーダー、高圧電源を内蔵 Suzaku HXD-IIのデザインに基づいたブリーダー回路 低消費電力(~300mW/unit; 65W total) 低ノイズ(高感度) 宇宙線由来の大パルスに強い PMT ブリーダー 高圧電源 集光率の向上 極めて高い光量(7-8 p.e./5.9 keV) Fast/Slow プラスチックシンチレーター、BGO、反射材も工夫をこらす フライトコンフィグレーションでも0.5 p.e./keV 観測下限:25 keV 55Fe 7-8 p.e./5.9 keV one photon peak

開発試験(II):波形弁別 Slow branch Fast branch PSDカット後: 241Amのみと同じスペクトル slow scinti./passive collimator Fast scintillator PMT BGO crystal 241Am 90Sr Test by T. Ylinen and M. Kiss (SLAC) Slow branch 波形弁別(PSD)により、バックグラウンドを落とせることを実証 Fast branch 60keV 20keV PSDカット後: 241Amのみと同じスペクトル Slow Shaper Out PSDカット前: Fastシンチレーター(241Am) Slowシンチレーター(90Sr) 241Am ピーク Fast Shaper Out

開発試験(III):ビーム試験 beam direction 定期的にビーム試験を行い、検出器およびシミュレーターの開発にフィードバック 2003年Argonne (Mizuno et al. 2005, NIMA 540, 158) Fastシンチ7ユニットによる動作原理の確認。MCのValidation (G4の修正)。 2004年KEK (Kataoka et al. 2005, SPIE 5898, 133) フライトPMTを用いた、30 keVまでの試験 2005年KEK (Kanai et al. in preparation) Slowシンチ、BGOも含んだフルユニット 波形弁別の実証と25 keVまでの試験(観測下限域) 詳細は植野の講演 Modulation Curve for 73 keV beam Argonneビーム試験(2003)より MCの予想 実データ Modulation Factor: 42+-1 %(data) vs. ~47 %(simulation) beam direction 装置の回転角

(fast/slow 19 units+anti) Flight Instrument Integration and Test 開発体制とスケジュール 日本:東京工業大学、広島大学、山形大学、JAXA/ISAS PMT、ビーム試験、データ収集システム、センサー試験、シミュレーション 米国: データ収集システム、プラスチックシンチレーター、センサー試験および組み上げ、気球実験、理論モデル スウェーデンおよびフランス: BGOシンチレーター、 反射材、理論モデル 国際協力のもと、2009年初頭のフライトを目指す 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Proton Beam Test (Osaka) Sensor Complete Proposal to NASA Next Proposal to NASA Gondola Ready Flight Instrument Integration Spring8/Argonne Beam Test KEK Beam Test KEK Beam Test 1st prototype (fast scinti. 7 units) 2nd prototype (fast/slow 19 units+anti) Flight Instrument Integration and Test

PoGOの諸元 エネルギーバンド(典型値) 25-100 keV 幾何学面積 930 cm2 有効面積(maximum; @40 keV) バックグラウンド(for ~40 keV) 10-20 mCrab 100mCrab(100%偏光)に対するModulation Factor (6時間のフライト) 23% 100mCrabに対する3 s検出限界偏光度 (6時間のフライト) <=10% 超低バックグラウンドによる、高感度を実現 Modulation Curve for 100 mCrab source, 6h obs. Expected source and BG spectra 100 mCrab(incident) 100 mCrab (detected) Signal/BG=~4 MF=22.8+-0.7 % (30s) BG total (CXB/ atmospheric downward/upward) BG 20 100 keV 散乱の方位角(rad)

PoGOで期待される成果(I) 高い感度を生かした観測 かにパルサーからの世界初のX線偏光の検出 パルサーの放射機構の解明 Caustic Polar cap Caustic Outer gap Dyks and Rudak, ApJ, 2003 高い感度を生かした観測 かにパルサーからの世界初のX線偏光の検出 パルサーの放射機構の解明 6時間のフライトで、放射モデルを明確に区別可能 モデル毎に異なる偏光度、方位角が予想される Modulation Curve for the 1st peak polar cap model caustic model outer gap model Polar Capモデルの予想 (A. Hardingによる) パルス強度 偏光の方位角 散乱の方位角(rad) パルス位相

PoGOで期待される成果 (II) ブラックホール連星(Hard State) Cyg X-1など AGN、マイクロクエーサー 降着円盤による散乱の直接検証 系のジオメトリの決定 AGN、マイクロクエーサー Mkn501, 1ES1959+650、GRS1915+105など X線シンクロトロンの直接検証 磁場構造->ジェットのメカニズム X線パルサー(連星系) Her X-1など 強磁場中での光子伝播、コンプトン散乱に関するQED予想の検証 有元修論より 10%偏光を仮定 MF: 2.7±0.2% ( ~15σ detection) 散乱の方位角(rad)

まとめと今後の課題 PoGO (Polarized Gamma-ray Observer) 精力的な開発試験 多様な観測対象 今年度は、、、 硬X線(25-100 keV)での高感度偏光観測 日米欧の国際協力 2009年初頭の気球観測を目指す(かにパルサー、他) 10-20 mCrabという低バックグラウンド 精力的な開発試験 コンパクト、高性能なPMT 高い光量と透過率を持つシンチレーター 実験室レベルでの波形弁別、偏光測定の実証 定期的なビーム試験 実験とシミュレーションの相互フィードバック 多様な観測対象 パルサー(磁場構造と放射機構、QED予想の検証) ブラックホール連星(降着円盤の構造) AGN/マイクロクェーサー(磁場構造、ジェットのメカニズム) 今年度は、、、 シンクロトロンビーム試験、陽子ビーム試験 気球搭載用読み出し回路の開発 フライトユニットの製作、性能評価に着手

Backup Slides for discussion

ブリーダー回路 ② ① Suzaku HXD-IIのデザインを踏襲(実証済み!) (1) ゲインの安定性 (2) 大パルスに対する早いリカバリ

大パルス応答(1) Weak scintillation light from BGO crystal (241Am: ~100Hz) random pulse generator logic level adapter gate generator discri attenuator scaler LED Dy CSA shaper τ= 1 us ADC BGO scintillator R7899 ZL5951 241Am oscilloscope HV = +1100 V Weak scintillation light from BGO crystal (241Am: ~100Hz) were read by PMT-ASSY, under a random illumination of high-counting (> 100 Hz), large (~ 100 MeV) LED signals.

大パルス応答(2) 27 Recovery time is < 80ms. Peak ch of 59.5 keV signal is unchanged within 5% level. すばやいリカバリ Noise increased with LED rate, but < 0.4 p.e. for 1kHz. 241Am peak ch 低ノイズ ±5% 安定したゲイン

Bug fix of Geant4 (1):Rayleigh Scattering (a)100%偏光した単色(100keV)のγ線を入射 (b)217ユニットのプラスチックシンチレータ(full size PoGO)に、100%偏光したCrabのスペクトル(25-200keV)を入射 Rayleigh散乱後の偏光ベクトルと運動量ベクトルのなす角 初回のコンプトン散乱の際の、方位角の異方性 -- Geant4 (original) -- Geant4 (with PoGO-fix) cos(theta) G4のRayleigh散乱には偏光のプロセスがなく、結果として偏光の情報が失われる->修正 -- Geant4 (original) : MF=46.5% -- Geant4 (with fix) : MF=49.4% -- EGS4 : MF=49.4% 散乱の方位角(度)

Bug fix of Geant4 (2): Compton Scattering (a)100%偏光した単色(100keV)のγ線を入射 217ユニットのプラスチックシンチレータ(full size PoGO)に、100%偏光したCrabのスペクトル(25-200keV)を入射 前方Compton散乱後の偏光ベクトルの向き(Thomson極限) -- Geant4 (original) -- Geant4 (with PoGO-fix) 2回めのコンプトン散乱の際の、方位角の異方性 方位角(度) G4でCompton散乱の際、偏光ベクトルの向きがばらばらにされ、次の散乱での異方性がなまされる->修正 Rayleigh散乱、コンプトン散乱のプロセス修正後のG4は、PoGOのエネルギー範囲でEGS4と数%で一致 -- Geant4 (original) : MF=16.7% -- Geant4 (with fix) : MF=32.5% -- EGS4 : MF=32.5% 散乱の方位角(度)

Effective Area Eth=2 keVを仮定