[論文レビュー] SIMBOL-X, an X-ray telescope for the 0.5-70 keV range

P. Ferrando|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2002

Advanced X-ray and CT Imaging被引用数 3

ひとこと要約

SIMBOL-X は、2台のフォーメーション飛行衛星を用いて30 m の焦点長を実現する予定のヨーロッパのX線ミッションであり、0.5〜70 keV の範囲で高分解能（20アーセコンド HEW）かつ高感度（有効面積600 cm²）の観測を可能にする。これは、ソフトX線天文とガンマ線天文の間のギャップを埋め、10〜35 keV 範囲で現在のハードX線機器に比べて100倍高い感度を実現する。

ABSTRACT

SIMBOL-X is a high energy "mini" satellite class mission that is proposed by a European collaboration for a launch in 2009. SIMBOL-X is making use of a classical X-ray mirror, of ~600 cm2 maximum effective area, with a 30 m focal length in order to cover energies up to several tens of keV. This focal length will be achieved through the use of two spacecrafts in a formation flying configuration. This will give to SIMBOL-X unprecedented spatial resolution (20 arcsec HEW) and sensitivity in the hard X-ray range. By its coverage, from 0.5 to 70 keV, and sensitivity, SIMBOL-X will be an excellent instrument for the study of high energy processes in a large number of sources, both compact and extended.

研究の動機と目的

• ソフトX線（例：チャンドラ、XMM-ニュートン）とハードX線／ガンマ線（例：インテグラル）天文の間の空間分解能と感度の重要なギャップを埋める。
• ブラックホール降着系、AGNジェット、超新星残骸、銀河中心など、高エネルギー天体物理学的源における非熱的放射過程の詳細な研究を可能にする。
• エネルギーまで70 keV まで焦点化光学を適用することで、非焦点化ハードX線機器の限界を克服する。
• フォーメーション飛行および高エネルギーX線焦点化のキーテクノロジーを実証することで、将来の大規模観測ステーション（例：コンステレーションX、XEUS）への技術的・科学的ブリッジを提供する。
• 点源および拡がった源の両方に対して、広帯域（0.5–70 keV）で1アーセコンド未塔の空間分解能と高い感度を達成する。

提案手法

• ニッケル電気めっき複製法で作製されたWolter-Iネストドシェルミラー方式を採用。108枚のシェル、外径70 cm、20アーセコンド HEW の空間分解能を達成。
• 1台の衛星では達成できない長焦点長を実現するため、最大500 kgのミニサテライト2機がフォーメーション飛行し、30 m の基準長を確保。
• 検出器衛星には、低エネルギー用DEPFETベースのAPSまたは厚いデプレーションCCD（最大約15 keV）と、高エネルギー用CdZnTeピクセルアレイ（最大70 keV）を組み合わせた6 cm径の分光画像計器を搭載。両者とも100％の効率を有する。
• バックグラウンド低減と信号対雑音比向上のため、光学遮断フィルタとアクティブな遮蔽を実装。
• 1 cmの基準長、1 cmの垂直方向オフセット、1アーセコンドの角度安定性（3アーセコンド以内でモニタリング）を達成するため、高精度の計測技術を用いてフォーメーション飛行を維持。
• 微小な差圧力の影響を最小限に抑えるために、太陽-地球L2ラグランジュ点にミッションを配置し、変動源の連続観測を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フォーメーション飛行により実現される長焦点長を用いて、10 keVを超えるエネルギー領域まで焦点化光学を拡張できるか。
• RQ2 INTEGRAL/IBISのような非焦点化機器と比較して、SIMBOL-XはどれほどハードX線観測の空間分解能と感度を向上させられるか。
• RQ3 カシオペアA、ピクチュールA、Sgr A* などの源における非熱的放射成分をどれほどよく分解し、分光的に特徴づけられるか。
• RQ4 既存のミラーおよび検出器技術を用いて、0.5–70 keV の範囲で20アーセコンド HEW 分解能と600 cm² の有効面積を達成する可能性はどの程度か。
• RQ5 明るい超新星残骸やAGNジェット領域で、50 keV まで達する高エネルギー線スペクトル（例：Fe Kα）を検出可能か。

主な発見

• SIMBOL-X は 0.5–35 keV の範囲で最大有効面積600 cm² を達成し、25 keV まで100 cm² 以上を維持し、70 keV 以上では1 cm² 未満に低下する。
• 20アーセコンド HEW の空間分解能を達成しており、最高のソフトX線望遠鏡と同等であり、1アーセコンド未塔の源局在化が可能である。
• 10–35 keV 範囲では、INTEGRAL/IBIS などの既存のハードX線機器に比べて約100倍高い感度を提供する。
• 20 keV 以上のカシオペアA について100 ksec の観測では、高信号対雑音比の空間分解マップが得られ、最も明るい1アーセコンド²領域では50 keV まで顕著な放射が観測された。
• 核から4アーセコンド離れたピクチュールA のホットスポットについては、50 ks の観測で40 keV まで有意義なスペクトルが測定可能であり、拡張したジェット構造の分解能を示した。
• 70 keV におけるバックグラウンド制限感度は、INTEGRAL/IBIS と同等であり、同時にソフトX線望遠鏡に見られる空間分解能と感度を維持している。