「すざく」搭載 X 線 CCD カメラ XIS の放射線バックグラウンドの解析

　ーバックグラウンドの起源の解明を目指して−

「すざく」搭載 X 線 CCD カメラ XIS の放射線バックグラウンドの解析

　ーバックグラウンドの起源の解明を目指して−

加藤菜々子、穴田貴康、尾崎正伸、村上弘志、堂谷忠靖（宇宙航空研究開発機構　宇宙科学研究本部）

加藤菜々子、穴田貴康、尾崎正伸、村上弘志、堂谷忠靖（宇宙航空研究開発機構　宇宙科学研究本部）

1. 本研究の動機2. 解析方法3. データの処理方法4. 結果5. 考察6. まとめ

1. 本研究の動機2. 解析方法3. データの処理方法4. 結果5. 考察6. まとめ

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 2

本研究の動機本研究の動機衛星軌道上で観測されるバックグラウンド　・ 宇宙 X 線背景放射 (Cosmic X-ray Background: CXB)　・ 検出器固有のバックグラウンド　　（ Non X-ray Background: NXB ）

衛星軌道上で観測されるバックグラウンド　・ 宇宙 X 線背景放射 (Cosmic X-ray Background: CXB)　・ 検出器固有のバックグラウンド　　（ Non X-ray Background: NXB ）

XIS のバックグラウンドデータを解析し、検出器中でのバックグラウンド放射線の振る舞いを考察するXIS のバックグラウンドデータを解析し、検出器中でのバックグラウンド放射線の振る舞いを考察する

X 線 CCD 検出器 XIS のバックグラウンド：地球磁場によって低く抑えられている

X 線 CCD 検出器 XIS のバックグラウンド：地球磁場によって低く抑えられている

この特長を活かすため、検出器バックグラウンドの起源を解明し、さらに低減することが重要この特長を活かすため、検出器バックグラウンドの起源を解明し、さらに低減することが重要

「すざく」は低軌道「すざく」は低軌道

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 3

X線 CCD検出器バックグラウンドの特徴

X線 CCD検出器バックグラウンドの特徴

フレームイメージフレームイメージ イベント抽出後イベント抽出後

X 線と判定されてしまうイベントが含まれている可能性がある

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 4

解析方法 1解析方法 1

イベントの空間分布 １フレームでのイベント間の距離の頻度分布

イベントの空間分布 １フレームでのイベント間の距離の頻度分布

陽子が生成する密集したトラックに付随して X 線と認識されるイベントが生じているか否か 陽子が生成する密集したトラックに付随して X 線と認識されるイベントが生じているか否か

陽子が生じるトラックのふちには、X 線と判定されてしまうイベントが含まれている可能性がある

陽子が生じるトラックのふちには、X 線と判定されてしまうイベントが含まれている可能性がある

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距離

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 5

解析方法　 2解析方法　 2

・ 電子雲の広がりが大きいイベント・ 電子雲の広がりが大きいイベント

・ 電子雲の広がりが小さいイベント・ 電子雲の広がりが小さいイベント

X 線と見なされるイベント＝「 X 線グレード」

X 線以外によるイベント＝「非 X 線グレード」

Grade 判定法：電子雲の広がりによってイベントを分類Grade 判定法：電子雲の広がりによってイベントを分類

Grade0Grade0 Grade2Grade2 Grade3Grade3 Grade4Grade4 Grade6Grade6

Grade1Grade1 Grade5Grade5 Grade7Grade7

電子雲の広がり Grade0 のイベント数に対する、他の Grade のイベント数の比（ Grade 分岐比）電子雲の広がり Grade0 のイベント数に対する、他の Grade のイベント数の比（ Grade 分岐比）

X 線のみのデータから作成したグレード分岐比と比較X 線のみのデータから作成したグレード分岐比と比較

バックグラウンドとなっている放射線と そのエネルギー依存性を評価する バックグラウンドとなっている放射線と そのエネルギー依存性を評価する

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 6

データの処理方法データの処理方法

データ抽出条件・ 2005 年９月から 2005 年 10 月・ 夜地球・ 全 Grade (0-7)・ ノーマルモード　　　　・ 地磁気異常帯 (South Atlantic Anomaly: SAA) の除去・ 較正源 , hot pixel, flickering pixel, bad column等の除去・ 光漏れの更新異常フレームの除去・上記で除去できなかった異常イベントを含むフレームの除去

データ抽出条件・ 2005 年９月から 2005 年 10 月・ 夜地球・ 全 Grade (0-7)・ ノーマルモード　　　　・ 地磁気異常帯 (South Atlantic Anomaly: SAA) の除去・ 較正源 , hot pixel, flickering pixel, bad column等の除去・ 光漏れの更新異常フレームの除去・上記で除去できなかった異常イベントを含むフレームの除去

XIS の視野が夜側の地球を向いている時間帯（夜地球）のデータ 検出器バックグラウンドのデータとして利用可能XIS の視野が夜側の地球を向いている時間帯（夜地球）のデータ 検出器バックグラウンドのデータとして利用可能

XIS0,2,3 (FI)

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ACTX

AC

TY

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XIS1 (BI)

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 7

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距離

結果　 1. イベントの空間分布結果　 1. イベントの空間分布

・ 非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）

の　位置の相関はない

・ 非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）

の　位置の相関はない

距離←近い 遠い→

頻度／距離

←

多い

少ない

→

フレームイメージフレームイメージ

一様に分布密集

Sensor: XIS0, Energy range: 7.0-10keV

→遠い←近い

非 X 線グレード

X 線グレード

←

多い

少ない

→

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 8

結果　 1. イベントの空間分布結果　 1. イベントの空間分布

どちらのエネルギー範囲においても、・非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない

どちらのエネルギー範囲においても、・非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない

異なるエネルギー範囲で比較異なるエネルギー範囲で比較

Energy range: 2.5-6.0keVEnergy range: 2.5-6.0keV

X 線グレード

非 X 線グレード

Energy range: 7.0-10keVEnergy range: 7.0-10keV

X 線グレード

非 X 線グレード

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 9

結果　 1. イベントの空間分布

結果　 1. イベントの空間分布

・非非 XX 線グレード線グレード（ Grade5,7 ） 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない・非非 XX 線グレード線グレード（ Grade5,7 ） 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない

FI(XIS0)FI(XIS0)

2.5-6.0keV2.5-6.0keV 7.0-10keV7.0-10keV

BI(XIS1)BI(XIS1)

2.5-6.0keV2.5-6.0keV 7.0-10keV7.0-10keV

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 10

考察考察

シミュレーションによるとCCD 検出器のハウジングで生じる X 線や電子が X 線グレードとなり、バックグラウンドに寄与していると予想されている　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ( 穴田　日本天文学会 2006年春季年会W65a)

シミュレーションによるとCCD 検出器のハウジングで生じる X 線や電子が X 線グレードとなり、バックグラウンドに寄与していると予想されている　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ( 穴田　日本天文学会 2006年春季年会W65a)

X 線グレードは、陽子の生成するトラックに付随して生じていないX 線グレードは、陽子の生成するトラックに付随して生じていない

・非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない

・非非 XX 線グレード線グレード (Grade5,7) 同士は、密集しやすい・ X 線グレード（ Grade0234,6）と、非非 XX 線グレード線グレード（ Grade7 ）の位置の相関はない

ハウジングで生じる二次粒子による X 線グレードのイベントであれば空間分布に相関は見られないはずハウジングで生じる二次粒子による X 線グレードのイベントであれば空間分布に相関は見られないはず

今回解析した XIS の実データは、シミュレーションの結果を支持する今回解析した XIS の実データは、シミュレーションの結果を支持する

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 11

結果　 2. 電子雲の広がり結果　 2. 電子雲の広がり

X 線のみのデータから成るグレード分岐比と若干異なるX 線のみのデータから成るグレード分岐比と若干異なる

Sensor: XIS0, Energy range: 2.5-6.0keV

Sgr A East のデータフレーム数で規格化し、非 X 線バックグラウンドを差し引いてある

X 線のみのデータとして扱える

Sgr A East のデータフレーム数で規格化し、非 X 線バックグラウンドを差し引いてある

X 線のみのデータとして扱える

X 線の光電吸収以外のプロセスがバックグラウンドに寄与していると考えられるX 線の光電吸収以外のプロセスがバックグラウンドに寄与していると考えられる

X 線グレード

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 12

結果　 2. 電子雲の広がり結果　 2. 電子雲の広がり

どのエネルギー範囲でも同じようにX 線のみのデータから成るグレード分岐比と若干異なるどのエネルギー範囲でも同じようにX 線のみのデータから成るグレード分岐比と若干異なる

FI　(XIS0)FI　(XIS0)

2.5-6.0keV2.5-6.0keV 7.0-10keV7.0-10keV0.6-1.3keV0.6-1.3keV

X 線の光電吸収以外のプロセスもバックグラウンドに寄与しているX 線の光電吸収以外のプロセスもバックグラウンドに寄与している

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 13

結果　 2. 電子雲の広がり結果　 2. 電子雲の広がり

0.6-1.3keVで、X線データとほぼ等しい0.6-1.3keVで、X線データとほぼ等しい

BI　(XIS1)BI　(XIS1)2.5-6.0keV2.5-6.0keV 7.0-10keV7.0-10keV0.6-1.3keV0.6-1.3keV

非常に小さな電子雲しか生じないプロセスがバックグラウンドとなっている可能性が高い非常に小さな電子雲しか生じないプロセスがバックグラウンドとなっている可能性が高い

高エネルギー程、 Grade5,6,7が大きくなっている高エネルギー程、 Grade5,6,7が大きくなっているX 線の光電吸収以外のプロセスの寄与が大きくなるX 線の光電吸収以外のプロセスの寄与が大きくなる

2007. 9. 28 　 　天文学会 2007 　年秋季年会 W52a 14

まとめまとめ「すざく」搭載 X 線 CCD 検出器 XIS の夜地球のデータを解析した

1. イベントの空間分布 X 線グレード（ Grade0,2,3,4,6) は、陽子が生成する密集した トラックに付随して生じていない

2. 電子雲の広がり FI ： X 線の光電吸収以外のプロセスもバックグラウンドに 寄与している BI ：低エネルギーでは、非常に小さな電子雲しか生じない プロセスがバックグラウンドなっている可能性が高い 高エネルギーほど、 X 線の光電吸収以外のプロセスの 寄与が大きくなる

「すざく」搭載 X 線 CCD 検出器 XIS の夜地球のデータを解析した

1. イベントの空間分布 X 線グレード（ Grade0,2,3,4,6) は、陽子が生成する密集した トラックに付随して生じていない

2. 電子雲の広がり FI ： X 線の光電吸収以外のプロセスもバックグラウンドに 寄与している BI ：低エネルギーでは、非常に小さな電子雲しか生じない プロセスがバックグラウンドなっている可能性が高い 高エネルギーほど、 X 線の光電吸収以外のプロセスの 寄与が大きくなる