高エネルギー宇宙を拓く硬X線望遠鏡の開発

研制硬X射线望远镜探索高能宇宙

• 批准号: 21K18152
• 负责人: 粟木 久光
• 金额: $ 16.47万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18152/
• 关键词: X線望遠鏡; 炭素繊維強化プラスチック; 高角度分解能; CFRP; 精密加工

宇宙は活動的な現象に満ちており、X線を使った宇宙観測は活動的宇宙の解明に大きく貢献してきた。その中で、X線望遠鏡を用いた撮像観測は大きな役割を果たしてきた。しかし、X線望遠鏡、特に硬X線望遠鏡の製作は難しく、大面積での高角度分解能化は、いまだ、道半ばというのが現状である。本研究では、NuSTARの角度分解能を超えた過去最高の反射鏡を作成すること(ステップ1)、さらには、その上を行く10秒角の結像性能をもった望遠鏡の製作に挑戦すること(ステップ2)である。本研究による高角度分解能硬X線望遠鏡製作技術の確立は、硬X線撮像観測を通して高エネルギー宇宙への窓を開くものとなる。令和4年度は、ステップ1から2への移行として、表面形状劣化の原因の1つである異物混入に関する研究を行った。目視では一見綺麗に見えるガラス表面も顕微鏡で観察すると数ミクロン以下の異物が付着しており、これがガラス接着時のガラス表面凹凸の原因となる。実際、CFRP表面の非接触形状測定器による詳細測定でも数ミクロン以下の凹みがCFRPミラー表面に複数見られていた。ガラス表面の洗浄を工夫することで、異物の量を減少できることがわかってきたことから、CFRPミラー表面の凹みも減少できるものと考えている。一方、ステップ2では超精密金型を使用してのCFRP成形が鍵となる。今年度前半に試作した金型１号機を使ったCFRP加工業者による試験加工を始めるとともに、今年度後半から１号機の経験をいかした２号機の加工を進めた。令和5年4月の時点で、加工形状と測定形状とのずれが1μm以下(PV)であることを確認した。まだ、加工機に対して改良の余地があり、さらなる改善を進めている。

宇宙充满了活跃现象，X射线空间观察为阐明活性宇宙做出了重大贡献。其中，使用X射线望远镜的成像观察起着重要作用。但是，很难制造X射线望远镜，尤其是硬X射线望远镜，而目前的情况是，大面积的高角度分辨率仍然只有一半。在这项研究中，我们将创建有史以来最高的反射镜，超过Nustar的角度分辨率（第1步），我们还将挑战自己，创建一个超过10个弧度的成像性能的望远镜（步骤2）。基于这项研究的高角度分辨率硬X射线望远镜制造技术将通过硬X射线成像观察为高能宇宙打开一个窗口。在2022年，作为从步骤1到步骤2的过渡，我们对异物污染进行了研究，这是表面形状恶化的原因之一。当在显微镜下观察时，乍看之下看起来很漂亮的玻璃表面被显微镜观察到，并且附着少于几微米的异物，当将玻璃粘附在玻璃上时会导致表面不均匀。实际上，即使使用非接触式形状测量装置对CFRP表面进行详细测量，在CFRP镜面的表面上也显示出小于几微米的多个凹陷。已经发现，通过设计清洁玻璃表面，可以减少异物的量，我们认为CFRP镜面表面上的凹痕也可以减少。同时，在步骤2中，使用超精确模具的CFRP成型是关键。除了使用今年上半年生产的第一个模具开始测试和处理CFRP处理器外，我们还开始处理2单元，这是今年下半年在单元1中使用我们的经验。截至2023年4月，已确认处理的形状与所测量形状之间的偏差为1μm或更少（PV）。加工机还没有改进的空间，正在进行进一步的改进。

项目成果

活動的宇宙の観測を目指した硬 X 線撮像システムの気球による実証実験

旨在观测活跃宇宙的硬X射线成像系统的基于气球的演示实验

• 发表时间: 2021
• 作者: 垣内理那;嘉副裕;粟木久光・松本浩典・高橋弘充・斎藤芳隆・鈴木浩文
• 通讯作者: 粟木久光・松本浩典・高橋弘充・斎藤芳隆・鈴木浩文

Current status of development of lightweight x-ray mirror with carbon fiber reinforced plastic (CFRP)

碳纤维增强塑料（CFRP）轻量化X射线镜的发展现状

• DOI: 10.1117/12.2629705
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of the SPIE
• 作者: Awaki Hisamitsu;Kametani Norika;Imamura Ryuta;Ishida Manabu;Iwasaki Masahiro;Kodani Kenshin;Maeda Yoshitomo;Matsumoto Hironori;Mori Koji;Nakazawa Kazuhiro;Ozaki Tsuyoshi;Suzuki Hirofumi;Takahashi Hiromitsu;Tsuru Takeshi;Utsunomiya Shin
• 通讯作者: Utsunomiya Shin