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　 Jean Swank (PI)　 Keith Jahodaほか、 GEMS collaboration

GEMS project の背景

Space ( 画像 )Ｘ線に内在する４つの特性

偏光

？

脱 Crab!

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

Time ( 光度曲線 ) Energy

1. Sounding Rocket (Norvick+1972) 　 Bragg2. OSO-8 (Weisskopf +1976, 78) Bragg3. PHENEX （気球 , Gunji+2007 ） Compton4. INTEGRAL(Dean+2008) Compton

OSO-8PHENEX

INTEGRAL GEMS

Crab NeburaP~20%

X 線偏光観測で見えるもの

1. 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？

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

2. 光子の放出、輸送プロセスを探る

GEMS 衛星デザイン

2009 年 6 月Phase-B 採択（ 2 課題）

2014 年打ち上げ

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 )

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

光電子の飛跡

EＸ線

X-ray Polarimeter Instrument (XPI)

GEM-TPC

APV25

衛星に搭載される初めての GEM &TPC

検出効率　 20%@6keV光電子飛跡　 2mm @6keV

Gas Electron Multiplier (GEM)

理研で開発

ピッチ 140um 穴径 70um

(Tamagawa+2006, 2009)

(Black+2007)

封入ガス　 Pure DME　 190 Torr

2cos

dd

光軸

光軸

光電子飛跡の再構成2.7 keV 4.5 keVL=600um L=1.5mm

μ=45%

μ=32%

実測データ

Ｘ線偏光計の感度

mirror

system

moduration

T

br

rMDP

　

29.4

偏光検出感度

MDP 1% 　 100 ks で 28 mCrab　　　　 　 1 Ms で 2.8 mCrab

有効面積

GEMS の場合フォトンリミット

OSO-8 の 100 倍以上の感度

250cm2@2keV70cm2@6keV

Targets with known fluxes and polarization estimates

Black holes

Neutron stars

Supernova remnants

観測予想

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)

予備スライド（Ａ）

CollaborationPI & Deputy PI:

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 TeamGSFC (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)

Readout ASIC

• Developed for the CMS experiment at CERN (Raymond+2000).

• 40 MHz sampling• Stores 30 samples/ch• 128 ch / chip• 2 mW/ch

APV25

• 1GEM を 256ch で読み出す

• トリガは GEM 信号から作る

Readout Strip Substrate

121m ピッチのストリップ

LCP 基板上に作製

Strip substrate

GEM の穴とストリップをアラインする

121 um

Bragg Reflection Polarimeter (BRP)

Student Experiment

leaded by Univ. of IowaBragg Reflector + Prop. CounterSensitive around 0.5 keV

DME の特性

Ｘ線阻止能力 電子の停止距離

DME 180 Torr ( 現在は 190Torr ）