Astro-E2搭載X線CCD(XIS) BIチップにおける 新しい解析法の構築および応答関数の作成

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1 Astro-E2搭載X線CCD(XIS) BIチップにおける 新しい解析法の構築および応答関数の作成
山口 弘悦、中嶋 大、松本 浩典、鶴 剛、小山 勝二 （京都大学）、　松浦 大介、宮内 智文、 勝田 哲、東海林 雅幸、並木 雅章、鳥居 研一、林田 清、常深 博 （大阪大学）、　他XISチーム　 Abstract: Astro-E2には４台のCCDカメラ（XIS)が搭載されるが、うち１台は日本のX線天文衛星では初めてとなる裏面照射型（BI）チップが採用される。BIチップはX線を電極の反対側から照射させるため低エネルギーX線に対する検出効率が表面照射型（FI）よりも優れるが、Chandraに搭載されたBIでは低エネルギー側でのエネルギー分解能がFIの２倍程度悪化するという問題点もあった。 XIS BIではこの問題点が改善され、低エネルギー側でもFIと同程度のエネルギー分解能を達成。さらに我々は、このBIの性能を最大限に活かすため、地上較正試験のデータを用いて各種パラメータの最適化や新しいイベント検出法の構築を行った。　本ポスター講演ではその解析法の重要性と具体的方法について解説し、それを用いて得られたスペクトルをもとに作成した応答関数について報告する。 ① FI CCDとBI CCD FI CCD ② 京都大学実験システム 特性X線をCCDに照射 CCD温度 = -90℃ 気圧 = 10-6Torr 軟X線 硬X線 電極 FI : 表面の電極層が低エネルギーX線を遮蔽 BI : 低エネルギーX線の検出効率向上 BI 光電吸収 検出効率の比較 大阪大学は <2keVの較正を担当 BI CCD 軟X線 硬X線 ２次ターゲット Al keV Cl keV Ti keV Fe keV Zn keV Se keV FI 電極 ③ イベント検出 （Grade法） Grade 0 Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5 ④ split th.の最適化 split th.が小さすぎる ↓ Grade 7の増加 検出効率低下 split th.が大きすぎる ↓ “split”の見落としが増加 エネルギー分解能悪化 入射X線エネルギーと電荷の広がりの関係 波高値 (PH) 　event th. split th. Al (1.5keV) Zn (8.6keV) O (0.5keV)のデータ （大阪大学で取得）より イベント中心ピクセル 横軸：電荷の広がり幅（1σ半径）　　　縦軸：イベント数 Gradeの定義 低エネルギーのイベントの方が電荷の広がり大 （光電吸収される深さを反映） 　　　　　　　　　　　　　　　↓ 低エネルギーイベントを基準にsplit th.を最適化する split th.= 7で 十分な検出効率と エネルギー分解能 ：イベント中心ピクセル ：split th.を越えたピクセル Grade 6 Grade 7 Grade0,2,3,4,6をX線イベントとみなす と　　　の波高値の合計 ≡ PHA ⑥ 応答関数 ⑤ 新しい解析法 （可変split th.方式） 生データに電荷洩れ補正（勝田（大阪大学）ポスター参照）と可変split th.方式を適用して 取得したスペクトルから性能を評価し、応答関数の作成を行う split th.= 7で一通り解析 Grade分岐比のエネルギー依存性 Gain　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　エネルギー分解能 Grade 7 Grade 0 Zn (8.6keV) Grade 7 のスペクトル 多数のX線イベントが存在 → 高エネルギーのイベントに対しては 　 split th.= 7は小さすぎることを示唆 Ex-PHA : PHA (ADU) = ×Ex (keV) Ex-PI : PI (ADU) = ×Ex (keV) – 2.122 ΔE (eV) = （補正項） 8.576×sqrt( ×Ex – 0.856×Ex2) エネルギーが高くなるほど Grade7 の割合が増加 Line Profile BIチップの特徴 電荷雲の広がり幅は低エネルギーイベントの方が大きいが、 splitする電荷量自体は高エネルギーの方が大きい 　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓ 一定のsplit th.では高エネルギー側の検出効率か 低エネルギー側のエネルギー分解能のどちらかが犠牲になる ６成分モデル （ASTRO-Eの地上キャルで確立） T1 : main peak T2 : sub peak （split th.以下の電荷が周辺ピクセルに洩れた成分） T3 : triangle （channel stopで吸収されたイベント；BIには不要） T4 : constant （表面の不感層での部分吸収） T5 : Si escape T6 : Si-line （escapeした蛍光Si X線が十分遠くのピクセルで再吸収） エネルギーごとに最適なsplit th.を決定 それぞれのエネルギーに対する各成分の強度比を求め、まずは現象論的に傾向を把握することが第一目的 Cl (2.6keV) Fe (6.4keV) Zn(8.6keV) T2/T T4/T T5/T1 決定方法：split th.を1ADU高くすることによって 増加する検出効率が3%未満になる値+2ADU Ex < 1.84 T2/T1 = ×Ex T4/T1 = 3.17×10-5×Ex T5/T1 = ×Ex-0.543 Ex > 1.84 T2/T1 = ×Ex1.27 split th.= ×log10(Ex) 55Feのスペクトルに 応答関数モデルを適用 解析手順 １ split th.= 8で仮のPHAを決定 ２ 上式に従ってsplit th.を決定 ３ 再度Grade判定を行う。PHAも再決定 T6/T1 今のところ適切なモデルは 　　　　　　　得られていない tailの引き残りが見える→今後の課題