[論文レビュー] International X-ray Observatory (IXO) Assessment Study Report for the ESA Cosmic Vision 2015-2025

X. Barcons, D. Barret+18 more|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2011

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 14

ひとこと要約

国際X線望遠鏡（IXO）の評価調査では、次世代のX線宇宙望遠鏡の構想が提示されており、1.25 keVにおける有効面積2.5 m²、および5''の半値全幅（FWHM）のポイント spread関数を備え、ブラックホール物理学、銀河の進化、高密度物質の性質に関する根本的な宇宙物理学的問題に取り組むことを目的としている。IXOは、画像化、分光測定、時間測定、偏光測定を可能にする高度な機器を装備し、チャンドラとXMM-ニュートンに比べ10倍以上の性能向上を実現し、ブラックホール物理学、銀河の進化、高密度物質の性質に関する画期的な発見を可能にする。

ABSTRACT

The International X-Ray Observatory (IXO) will address fundamental questions in astrophysics, including "When did the first SMBH form? How does large scale structure evolve? What happens close to a black hole? What is the connection between these processes? What is the equation of state of matter at supra-nuclear density?" This report presents an overview of the assessment study phase of the IXO candidate ESA L-class Cosmic Vision mission. We provide a description of the IXO science objectives, the mission implementation and the payload. The performance will offer more than an order of magnitude improvement in capability compared with Chandra and XMM-Newton. This observatory-class facility comprises a telescope with highly nested grazing incidence optics with a performance requirement of 2.5 sq.m. of effective area at 1.25 keV with a 5" PSF. There is an instrument complement that provides capabilities in imaging, spatially resolved spectroscopy, timing, polarimetry and high resolution dispersive spectroscopy. Since earlier submissions to the Astro2010 Decadal Survey, substantial technological progress has been made, particularly in the mirror development. Risk reduction measures and important programmatic choices have also been identified. An independent internal Technical and Programmatic Review has also been carried out by ESA, concluding with positive recommendations. Subject to successful conclusion of agreements between the partner space agencies, IXO is fully ready to proceed to further definition, moving towards an eventual launch in 2021-2022.

研究の動機と目的

• 高エネルギー宇宙物理学における重要な未解決問題に取り組める次世代X線観測衛星の定義を目的とする。
• チャンドラやXMM-ニュートンといった現在のミッションに比べ、有効面積および分光分解能で10倍以上の向上を達成することを目的とする。
• 高密度な全反射入射角光学系と、広範な科学的能力を備えたマルチインストルメントペイロードを有するミッション概念の開発を目的とする。
• 欧州宇宙機関（ESA）の宇宙ビジョン2015–2025プログラムにおける将来のLクラスミッションとしての技術的実現可能性、リスク低減、および計画的妥当性を評価することを目的とする。
• 国際的協力および技術的レビューが成功した後、2021–2022年の打ち上げを想定してIXOを前進させることを目的とする。

提案手法

• 1.25 keVにおける2.5 m²の有効面積を実現する高密度な全反射入射角光学系を用いた大面積・高スループットX線望遠鏡の設計。
• 画像化、空間分解能のある分光測定、時間測定、偏光測定、高分解能分散分光測定を含むマルチインストルメントペイロードの実装。
• 軽量で高精度な光学系、特に1秒角未満の角分解能を実現する先進的なミラー技術の活用。
• 同時に複数のバンドでの観測を可能にするマイクロカロリメータ分光計および広視野イメージャなどの機器の統合。
• ESAによる独立した技術的および計画的レビューを実施し、ミッションの準備状況とリスク低減を検証。
• ESAの宇宙ビジョン2015–2025ロードマップに準拠し、NASA、JAXAなどの国際的パートナーと連携してミッション開発を推進。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙における最初の超大質量ブラックホールは、いつ形成されたのか？
• RQ2 宇宙のスケールでの構造は、宇宙の歴史に伴ってどのように進化するのか？
• RQ3 特に活動銀河核において、ブラックホールの直近の環境でどのような物理的プロセスが進行しているのか？
• RQ4 中性子星に見られる超核密度下での物質の状態方程式は何か？
• RQ5 ブラックホールの形成、銀河の進化、および銀河間物質との関係は、どのように相互に結びついているのか？

主な発見

• IXOミッションの概念は、1.25 keVにおける2.5 m²の有効面積を達成しており、チャンドラとXMM-ニュートンに比べ10倍以上の感度向上を示している。
• 望遠鏡設計は5''の半値全幅（FWHM）ポイント spread 関数を満たしており、高分解能の画像化と源の局所化を可能にしている。
• 特に軽量で高精度なネストド光学系の分野で、顕著な技術的進歩が達成された。
• リスク低減策と主要な計画的意思決定が特定され、ミッションの実現可能性とスケジュールの安定性を支援した。
• 独立したESA技術的・計画的レビューは、肯定的な勧告を下し、ミッション定義段階への準備完了を確認した。
• 国際的合意が整ったことから、最終的なミッション承認を待つだけで、2021–2022年の打ち上げが見込まれる。