Ｘ線偏光観測専用衛星 GEMS

Ｘ線偏光観測専用衛星GEMS 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 理化学研究所玉川　徹

GEMS project の背景 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 脱Crab! PHENEX GEMS INTEGRAL

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

GEMS衛星デザイン • 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) 2009年6月 Phase-B採択（2課題） 2014年打ち上げ

X-ray Polarimeter Instrument(XPI) E  光電子の飛跡 GEM-TPC (Black+2007) 光軸 APV25 Ｘ線光軸検出効率 20%@6keV 光電子飛跡 2mm @6keV 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)

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%

Ｘ線偏光計の感度 偏光検出感度観測予想 mirror GEMSの場合フォトンリミット system modurationm 有効面積 250cm2@2keV 70cm2@6keV 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

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）

Collaboration • PI & 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 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)

Readout ASIC APV25 • 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

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

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

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

Ｘ線偏光観測専用衛星 GEMS