全天X線監視装置(MAXI)開発の現状
(Monitor of All-sky X-ray Image)
○片山 晴善、松岡 勝、上野 史郎、冨田 洋、磯部 直樹、森井 幹雄、横田 孝夫、倉又 尚之、川崎 一義
(宇宙機構)、三原 建弘、小浜 光洋、桜井 郁也 (理化学研究所)、常深 博、宮田 恵美 (大阪大)、河合
誠之、片岡淳 (東工大)、吉田 篤正、山岡 和貴 (青学大)、根来 均 (日大)
MAXIのホームページ: http://www-maxi.tksc.jaxa.jp/
概要
E-mail: [email protected]
[email protected]る観測装置です。 国際宇宙ステーション(ISS)の「きぼう」(日本の実験モジュール)の船外実験プラットホーム(曝露部)の初期利用ミッションで
す。 MAXIは、2種類のX線スリットカメラ:GSC (Gas Slit Camera)と、SSC (Solid-state Slit Camera)を搭載します。それぞれ、検出器部分にガス比例計数管、 X線CCDを用いており、 2 --30 keV、
0.5 --10 keV のX線を検出します。スリットカメラは細長い視野を持ち、宇宙ステーションが地球を一周する間に、ほぼ全天をスキャンします。
MAXIは史上最高の感度で観測するため、我々の銀河系内の天体の活動を観測するだけでなく、銀河系の外で起こっている活動天体のダイナミックな振る舞いを調べることが初めて可能になります。
巨大ブラックホールをその中心核にもつ活動銀河(クェーサーやセイフ ァート銀河など)、銀河系外で起こる超新星の爆発、謎のガンマ線バーストなどを全天にわたって監視します。また、活動銀河の
全天の分布を調べ、光 とは違った描像を示すX線による「宇宙の大構造」を調べることもできます。MAXIによって全天1000個を越えるX線天体の1日から数カ月にわたるX線強 度の監視が行なわれ
ます。この時間尺度で活動銀河やジェット天体など銀河系外の天体がX線で系統的に監視されるのは世界で初めてです。また、 急に増光するX線新星やガンマ線バーストなど突発的な天体は、即時
にデータを解析してインターネットを通して世界に速報され、いろんな望遠鏡で早期に詳しい観測が可能になります。さらに、我が太陽系を取り囲んでいる大きく広がった超新星の名残と考えられる高
温度領域の詳しいX線マップをつ くります。
現在、JAXA、理化学研究所、大阪大学、東京工業大学、青山学院大学、日本大学が協力して開発をすすめており、 2008年に国産ロケットH-IIAで打ち上げられる予定です。
ターゲット天体
MAXIを用いた高感度・長期X線変動モニター
MAXI以前
の感度
103
102
MAXI以前
の感度
X線新星出現 !
1周回
101
1週間
0
天体までの距離 [光年]
100
MAXIの感度
200
時間 [ days ]
(Tanaka et al.)
MAXI以前は観測できなかった遠方のX線新星を発見し、その
光度変化を追うことができます。X線新星のサンプル数が飛躍
的に増加します。明るい新星は、増光前、増光後のより暗い時
期まで監視できます。
MAXI以前の観測装置は、近傍の銀河系内天体が監視対象で
した。MAXIはそれを超えて、銀河系外天体まで監視できます。
MAXIの構造
「きぼう」
船内実験室
104
1
MAXIの
感度
MAXIでX線の全天観測した場合
のシミュレーション。 MAXIは全天
観測で左図のようなマップを得て
個々の天体の明るさの変化を調べ
ます。 図は銀河座標で書かれて
おり、中心が我々の銀河系の中心
方向です。 MAXIは全天で1000を
越えるX線天体の1日から数ヵ月
にわたる、X線の強度変化を90分
に1回の間隔で監視します。いわ
ば、X線による全天の「動画」が撮
影されます。
国際宇宙ステーション(ISS)
天体のX線強度 [mCrab]
天体のX線強度 [mCrab]
105
X線源の位置検出原理と視野
ロボットアーム
天頂視野
進行方向
スリット
日本実験棟「きぼう」, JEM
(Japan Experiment Module)
高度: 330 ~ 480 km
軌道傾斜角: 51.6度
軌道周期:
96分
前方視野
コリメータ
船外実験プラットホーム
MAXI
Solid-state Slit Camera (SSC)
Solid-state Slit
Gas Slit Camera (GSC) Camera (SSC)
全重量 約 500 kg、サイズ1.5X1x1m
Gas Slit Camera (GSC)
ΔE=145eV
48cm
20cm
1次元位置検出器
天体からのX線はスリットを通って、1次元(X方向)位置検出器で検出さ
れます。また、Y方向にはコリメータで視野を絞ります。これにより、天体
の位置(X,Y)を決めることができます。スリット+コリメータ+1次元位置検
出器のセットは、検出器の種類により、GSCまたはSSCと呼ばれます。
GSCとSSCをそれぞれ6台及び2台配置することにより、天頂方向と前
方向の空の領域をカバーします。ISSが地球のまわりを96分で一周する
ことにより、ほぼ全天を走査することができます。
速報体制とデータの公開
36cm
比例計数管
SSCで取得したスペクトル
0.5 -10 keV のX線に感度を持つペルチェ冷却型X線CCD。ピクセ
ルサイズ:24×24μm、ピクセル数: 1024×1024。16 CCD ×2 カメ
ラで、全有効面積は、200 平方cm。JAXA、阪大、(浜ホト、明星電
器)で開発をすすめています。
2-30 keV のX線に感度を持つガス比例計数管。電荷分割
方式により、芯線方向に1次元の位置分解能を持つ。芯線
は、直径10μmの炭素繊維。12台の検出器を搭載するこ
とにより、有効面積は世界最大の5000平方cmとなります。
基本仕様
ユ
ー
ザ
ー
利
用
撮像能力
点源像の広がりは1.5度(半値幅)。
天体位置決定精度(accuracy) 6分角以内。
検出エネルギー・分解能
2~30 keV のX線光子を検出。 分解能 18%@5.9 keV。
時間分解能
GPS時刻系に対して120μsecの精度。
検出感度(5σレベル)
10 mCrab(1周回)、1mCrab(1週間)。
空のカバー率
90度(長さ)×1.5度(半値幅)の視野を2方向に持つ。
瞬時、瞬時に監視する空の領域は、全天の1.3%
96分(ISSの軌道・自転周期)ごとに、全天の70%を走査。
撮像能力
点源像の広がりは1.5度(半値幅)。
天体位置決定精度(accuracy) は6分角以内。
検出エネルギー・分解能
0.5~10keV のX線光子を検出。分解能 < 150 eV@5.9 keV。
時間分解能
3~16秒 (CCD撮像器の電荷読み出し方法による)。
検出感度(5σレベル)
20 mCrab (1周回)、 2 mCrab (1週間)。
リアルタイムデータ
全観測時間の50%以上の間、データを即座に地上に転送。
X線天体が視野を横切ってから、地上でのデータ解析を経てインターネットで速
報するまでに要する時間は30秒以下。
機上蓄積データ
速報受取り
データ利用
注)
残りのデータはいったん機上に蓄積される。X線天体が視野を横切ってから速報
までに要する時間は20分~3時間。
突発的な光度変化をおこした天体の情報を一般ユーザーにインターネットを通じ
て速報。
一般ユーザーは、Webブラウザを通しインターネット経由で、任意のX線天体や
空領域の「画像・エネルギースペクトル・光度曲線」を取得。
検出感度の、「mCrab」とは、Crab Nebula (かに星雲)のX線強度の1000分の1の単位。
• MAXI全体のスケジュール: 2004年3月にCDR(詳細設計)を
終えました。これからフライト品の製作と較正試験を行い、2006年
4月に「一次噛み合わせ」を行います。2008年にH-IIA で打ち上げ
予定です。(右図参照)
• GSC
• 検出器: フライト品12台+スペア4台中、8台が製作済みで
す。そのうち、3台が較正試験を終えています。
• コリメーター: EMで試験を終え、PFMをこれから製作し、較
正試験を行います。
• SSC
• EMカメラの評価が終了し、PFMカメラの製造設計段階です。
• コリメーター、ゲインの温度補償、温度制御等で改善を行い
ます。
• 素子の開発、製作、評価、スクリーニングは終了。バックアッ
プ等も含め48個の素子を確保しています。
現在
2000
MAXI開発スケジュール
GSC
SSC
速
報
能
力
160度(長さ)×1.5度(半値幅)の視野を2方向に持つ。
瞬時、瞬時に監視する空の領域は、全天の2%。
96分(ISSの軌道・自転周期)ごとに全天の90~98%を走査。
MAXI開発の現状と今後の計画
1日約15~17時間は、ISSとリアルタイム受信が可能で、JAXA筑波宇
宙センターでX線源を常時監視します。バースト等の突発現象が確認
されると、30秒以内にアラート情報を全世界の観測者に発信します。ま
た、MAXIの全データは、1日以内に公開される予定です。
関連ミッション
SSCカメラとCCD
空のカバー率
コリメーター
2001
2002
基本設計
2003
2004
2005
2006
詳細設計
PDR
2007
2008
設計維持
CDR
2010
2011
MAXI運用
一次噛み合わせ
GSC開発・試験
2009
H-IIA / HTV で打ち上げ
総合試験
SSC開発・試験
解析ソフト開発
Lobster-ISS
RXTE
Chandra
XMM-Newton
INTEGRAL
Swift
ASTRO-E2
GLAST
ダウンロード

全天X線監視装置(MAXI)の開発