Ｘ線偏光観測専用衛星GEMS 理化学研究所 玉川 徹 理研 早藤麻美、岩橋孝典、 阿佐美ふみ、牧島一夫 NASA/GSFC

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1 Ｘ線偏光観測専用衛星GEMS 理化学研究所 玉川 徹 理研 早藤麻美、岩橋孝典、 阿佐美ふみ、牧島一夫 NASA/GSFC
理化学研究所 玉川　徹 理研 　早藤麻美、岩橋孝典、 　阿佐美ふみ、牧島一夫 NASA/GSFC 　Jean Swank (PI) 　Keith Jahoda ほか、GEMS collaboration

2 ？ GEMS project の背景 本格的な Ｘ線偏光 観測の幕開け Ｘ線に内在する４つの特性 Space (画像)
Time (光度曲線) Energy 偏光 ？ Ｘ線最後の フロンティア Ｘ線偏光観測の歴史 本格的な Ｘ線偏光 観測の幕開け Sounding Rocket (Norvick+1972)　Bragg OSO-8 (Weisskopf +1976, 78) Bragg PHENEX（気球, Gunji+2007） Compton INTEGRAL(Dean+2008) Compton Crab Nebura P~20% OSO-8 INTEGRAL GEMS PHENEX 脱Crab! 2

3 X線偏光観測で見えるもの 撮像されるよりもはるかに小さな構造を探る Ｘ線は中性子星のどこから放射されているのか？
ブラックホールはどのような降着円盤を持つのか？ 光子の放出、輸送プロセスを探る 超新星残骸のシェルからのシンクロトロン放射は強く偏光 強い磁場が存在すると、真空があたかも偏光板のように働く ブラックホールの近傍の強重力場、スピンでＸ線は曲げられる

4 GEMS衛星デザイン 2014年打ち上げ 2009年6月 Phase-B採択（2課題） ミラー3台＋偏光計 3台
光軸周りに0.1 rpmで回転 Pegasus XL（575 km, 軌道傾斜角28.5°） 9ヶ月で35ターゲット (100k~1Ms exposure) 2年間の運用　（15か月のGO） 4.5 m 7.0 m 2007年12月 NASA SMEXプログラム提案 2008年5月末 Phase-A 採択 (6/35課題) 電力：TBD (W) 太陽角許容：90±30度 2009年6月 Phase-B採択（2課題） 2014年打ち上げ 4

5 X-ray Polarimeter Instrument (XPI)
GEM-TPC 光電子の飛跡  E Ｘ線 (Black+2007) APV25 光軸 光軸 検出効率 光電子飛跡 封入ガス 　Pure DME 　190 Torr Gas Electron Multiplier (GEM) ピッチ 140um 穴径 70um 衛星に搭載される 初めてのGEM &TPC 理研で開発 (Tamagawa+2006, 2009) 5

6 光電子飛跡の再構成 実測データ 2.7 keV 4.5 keV L=600um L=1.5mm μ=32% μ=45%

7 Ｘ線偏光計の感度 偏光検出感度 観測予想 OSO-8の100倍以上の感度 有効面積 MDP 1% 100 ks で 28 mCrab
GEMSの場合 フォトンリミット mirror system moduration m 有効面積 Targets with known fluxes and polarization estimates Black holes Neutron stars Supernova remnants MDP 1%　100 ks で 28 mCrab 　　　　 　1 Ms で 2.8 mCrab OSO-8の100倍以上の感度

8 まとめ GEMS -- 世界初のＸ線偏光観測衛星 2014年打ち上げ(ASTRO-Hとのシナジー) 世界初の光電効果を利用した偏光計
GEM+TPCで感度を向上 1%の偏光検出能力(1Ms, 2.8mCrab)

9 予備スライド（Ａ）

10 Collaboration PI & Deputy PI: Detector Team Mirror Team Science Team
Jean Swank & Keith Jahoda (GSFC) Detector Team K. Black, P. Deines-Jones, J.Hill (GSFC) P. Kaaret (Univ. Iowa) T. Tamagawa (RIKEN) J. Martoff (Temple Univ.) Mirror Team P. Serlemitsos, T. Okajima, Y. Soong, R. Petre Science Team GSFC (T. Kallman, T. Strohmayer, A. Harding, C. Markwardt, L. Angelini, R. Sambruna) Johns Hopkins (J. Krolik, J. Schnittman), MIT (H. Marshall), Rice (M. Baring) NCSU (S. Reynolds), Ames (J. Scargle, J. Dotson, R. Morris), Cornell (D. Lai) Washington U. (H. Krawczynski), Oulu (J. Poutanen)

11 Readout ASIC APV25 1GEM を256chで読み出す トリガはGEM信号から作る
Developed for the CMS experiment at CERN (Raymond+2000). 40 MHz sampling Stores 30 samples/ch 128 ch / chip 2 mW/ch 1GEM を256chで読み出す トリガはGEM信号から作る

12 Readout Strip Substrate
121 um 121mm ピッチのストリップ LCP 基板上に作製 GEMの穴とストリップをアラインする

13 Bragg Reflection Polarimeter (BRP)
Student Experiment leaded by Univ. of Iowa Bragg Reflector + Prop. Counter Sensitive around 0.5 keV

14 DMEの特性 DME 180 Torr (現在は190Torr） Ｘ線阻止能力 電子の停止距離