MAXI の開発作業の 現状

MAXI - Monitor of All-sky X-ray ImageMAXI - Monitor of All-sky X-ray Image

MAXI の開発作業の現状

松岡　勝ISAS 　 ISS プロジェクト室

2004.10.19火曜セミナー

筑波宇宙センター

内容

• 全天 X 線監視の科学的意義• 全天 X 線監視装置の歴史• 開発の経過と今後• 全天 X 線監視装置の成果・観測例• MAXI の開発状況　・センサー（ GSC,SSC)　・ミッション　　・システム　　・サポー

ト装置　・地上データ処理• 開発時及び将来の問題点

全天 X 線監視の科学的意義

• 活動的な宇宙、予測出来ない現象を調べる .• X 線新星、 X 線バースター、トランジェント

天体、　ガンマ線バースト　などが見つかってきた .• 発見後、詳細な観測を狭視野望遠鏡で調査 .　早い時期での多波長観測例はまだ少数 .• 地上の観測装置の増加で変動天体の情報要 .　光の望遠鏡（含アマチュア）　超高エネルギー γ 線望遠鏡　ニュートリノ観測装置　重力波観測装置

X-ray All Sky Monitor の比較・歴史

-- ASM はほぼ 10 年毎に進展があった が --• Vela 5 a&b (USA) late 1960 era -ray

bursts, X-ray novae > 100 mC• Ariel 5 (UK) late 1970 era 　 Systematic o

bs. of X-ray novae > 50 mC• Ginga (Japan) late 1980 era Spectral obs. of X-ray novae > 30 mC• RXTE (USA) mid1990 and now Systematic obs. of Galactic X-ray targets > 10 mC　　　　・・・・・・・・・・　ブランク　 !! 　・・・・・・・・・・・

• (2004.11 SWIFT (γ 線バーストモニタ）　 ~ 2 str. Sky)

• MAXI (Japan) ~ 2008 AGN > 1 mC• Lobster-ISS (UK &) 2010 以降 Syst. AGN ~ 0.1 mC

感度

開発の経過と今後• 1997 年度：　 MAXI 開発チームスタート• 1998 年度：　概念設計完了• 2000 年度：　基本設計審査会完了• 2001 年度：　熱・構造モデル製作し試験実施• 2002 年度：　ミッション系の詳細設計審査会完了• 2003 年度：　システム系の詳細設計審査会完了• 200 ３年度から：　搭載ミッション機器製作、 JEM-EF との調

整• 2004-5 年度（現在）：　サブシステム製作・試験、安全審査等　　　　　　　　　　　　　　　　地上データ処理装置の設計・

試験• 2006 年度初め：　一次かみ合わせ• 2007 年度：　総合試験• 2005-7 年度：　地上データ処理・解析装置の製作• 2008 年度：　 HTV で打上げ？

全天 X 線監視装置の成果例

MAXI で期待される観測例

A Light Curve of An X-Ray Nova during Rising

Phase

GS 2000+25

with Ginga-ASM

Tsunemi et al . ApJ.L 　　 337 (1989), L81

Advection–dominated accretion flow!

Mrk421 と Mrk501 の　　　　　　　　　　　　 X 線時間変動

1day

Mrk421 の広バンドスペクトル

　電波　　　　　　光　　　　　　 X 線　　　　　　 1012

γ 線　　 1015γ 線

R-band and X-ray correlation

sampling inte ｒ val ~ 4.3 - 17 d

Smoothed R-band

(advanced)

Maoz et al. 2002, AJ 124, 1988

NGC3514

Galactic OVII & VIII Map with SSC

ROSAT all-sky map of CXB

Galactic Soft X-ray Spectra correspond’g to each Sky Region.

Snowden et al. 1997 ApJ.

Markevitch et al. 2003 ApJ.

MAXI SSC expected counts: 80- 310 counts in 1.5°x1.5° for 2 yr operation. Obs.eff.=0.7

MAXI の開発状況

ミッションチームの作業

MAXI チーム（ 2003 年 9月）

ミッション系

MAXI バス 系

ミッション素子

GSC/RBM

MAXI

SSC/LHP

GSC 素子

SSC 素子

星姿勢計

ミッションチームミッションチームと担当メーカと担当メーカ

理研東工大青学大JAXA

阪大JAXA

JAXA理研

東工大青学大

JAXA阪大

地上データ解析システム

明星電気

NTｽﾍﾟｰｽ

Swales

Metorex

浜ホト

GPS

理研JAXA阪大東工大青学大日大

JAXADTU

JAXA SEC

オンボードソフト

ＨＴＶ

JEM-EF

JAXA-OCS

Grapple Fixture for a robot armGrapple Fixture for a robot arm

ElectronicsElectronics

Gas Slit Camera (GSC)Gas Slit Camera (GSC): X-ray gas proportional counter: X-ray gas proportional counter

Solid-state SlitSolid-state SlitCamera (SSC)Camera (SSC): X-ray CCD: X-ray CCD

Optical Star SensorOptical Star Sensor

Radiator for X-ray CCDsRadiator for X-ray CCDs

180cm180cm

80cm80cm

100cm100cm

Total weight: 490 kgTotal weight: 490 kg

MAXI Payload

ATCS

PIU

RLG

GPS

音響試験中の MAXI-TMM

2002.9

Systematic error

　１周　　　　１日　　１週

MAXI の感度とシミュレーションの結果

検出感度

X 線バーストの検出

１周のマップ

2ヶ月のマップ

検出器（ GSC) の製作前作業GSCカーボン芯線取り（理研）

キーエンス顕微鏡の導入

本体 VH-5000レンズ　 VH-Z75 (倍率 75-750 倍 )シグマ Ｘ - ステージ

使用前 使用後

トリクロルエチレンを含ませたキムワイプでふき取る。

GSC受け入れ振動試験（筑波） 小型衛星試験棟

GGSC-NDGGSC-ND 線問題経過（理線問題経過（理研） 研）

• 20012001 年年 1212 月　月　 EM03 EM03 カウンターでカウンターで GNDGND 線の緩線の緩みが発見された。その後の試験（斜め入射試験）みが発見された。その後の試験（斜め入射試験）で で EM01EM01 、、 EM02 EM02 でも同様の問題が見つかった。でも同様の問題が見つかった。

芯線

Xray斜め入射試験

電子

セルの深さごとのゲインを芯線の一次元座標で表す

X 線

C0 芯線ゲインマップ

C１芯線ゲインマップ

電場

C0 と C1 の境界でGrid 線 の緩みが確認された。

2.5mm2.5mm

C0

C1

EM003

GSC-GRW弛みの原因

電子ビーム溶接

ガス封入による膨らみ

受け入れ検査体制（理受け入れ検査体制（理研）研）

放医研にてＸ線写真撮影 放医研にてＸ線写真撮影 撮影条件 撮影条件 120[kV] 20[mA] 120[sec]120[kV] 20[mA] 120[sec]

スぺーサー (8.5°)真空ポンプで～ 3mbar まで引く

FM008FM008

カウンターのゲインマップ（理研）

Xscan 、 1mm 、 30s

　　ゲイン分布　　　ゲイン変化　　　最大１０％程度

　　位置分解能　　　 1.4mm@8keV

C0セルのゲインマップ Cu 1650V

X=-80mm

2DMap 、 2mm 、 3s

GSC の観測領域は 2-30keV である。S （ 2.31keV ） , Cl(2.62keV), Ca(3.69keV),

Ti(4.51keV), V(4.95keV), Cr(5.41keV), Fe(6.40keV), Cu(8.05keV), Zn(8.69ke

V),Se(11.22keV), Y(14.96keV), Mo(17.48keV), Ag(22.16keV)

GSC エネルギー校正試験 (青学大・筑波 )

2 次ターゲットチェンバー　　　　　　　　　

GSCカウンター

1 次 X 線

2 次 X 線

R L

13種類

1400V ： E vs PH ほとんど線形

1650V: 実際に GSC を使用

印加電圧

10mm

Off-wire

(P3+10)

On-Wire (P3)

5mm

GSC のエネルギーの線形性の試験データ

Xe-L edge

GSC用コリメータ材質 ： 燐青銅厚さ ： 100μm間隔 ： 3.1mm枚数 ： 128 枚(1カウンターに 64枚 )1.5°FWHM 相当

エンジニアリングモデル

64枚1 collimator unit = 4sheets

collimator set = 64sheets

コリメーター試験 ( 筑波 )

スリッ

ト

X 線ビーム

三角レスポンスデータ

Scan 　方向

ＨＩＣ回路 [Amp+Peak Hold]

ＩＮＯＵＴ

ゲイン部ＤＧ４４２

ピークホールド部　　　　　ＳＤ２１５

（理研）

都立産業技術研究所

ＨＩＣ

６０Ｃｏ

1krad/30 分　@1m

1m の円

放射線照射試験

CCD [48個の選定 (阪大 )]

• X 線の光子を検出し、電気信号に変換する。• 優れたエネルギー分解能、位置分解能と適

度な時間分解能を併せ持つバランスのよい検出器

25mm

SSC用 CCD の外観

SSC用 CCD の仕様　浜松ホトニクス社製　画素数 : 1024×1024　画素サイズ : 24m×24m

真空チェンバー内部 (阪大 )冷却板 (-60 ~-100 )℃ ℃

CCD

CCD

X 線源

左図： CCD取り付け治具 全体図上図：正面図

・ CCD2素子を同時に駆動する・ CCD の受光面は常に下向き・ X 線は CCD の下側から照射する

シャッター

全素子性能分布 (1)

素子数

読み出し雑音　 [e-]　

エネルギー分解能　 [eV]　　　

全素子性能分布 (2)

検出効率　 [%] （ XIS の空乏層厚は 68

m)

素子数

暗電流 (-50 )℃ 　 [e-/画素 /秒 ]

60 65 70空乏層厚 [m]

80

SSC回路のノイズ調整（ JAXA ）

CC

D

読出し雑音

改良方法の種類

RBM ：筑波での 電子線照射実験(東工大・筑波 )

1.5 MeV の電子照射● 107 cts/s までは正常●　 >107 cts/s では“窒息”と　“生還”を繰り返す

窒息？

アナログ出力

RBM トリガ

400 keV の電子照射● 106 cts/s までは正常● >106 cts/s では“窒息”と　“生還”を繰り返す

窒息？

放射線モニター（ RBM) 　（東工大）

MAXI 搭載用 GPS受信機（ JAXA)・絶対時刻データ取得／正時クロックパルス生成用に使用。

・民生品（鯨衛星で搭載実績のある車載用受信機）の改修によりコストダウン。

・ JAXA 宇宙実証研究共同センターと共同で開発中。

受信アンテナ

受信機

MAXI用 GPS受信機／アンテナ（ EM ）

重量　　　：　約 250g

消費電力：　 1.56W

正時パルス：精度 1msec以下（１ PPS) 　

時刻精度：　 0.1msec 以下

　　　　　 LHPRS 　　　　　　　　　　　　　　 (LHP and Radiator System) （ JAXA)

Honeycomb panels with embedded LHP condenser lines and aluminum facesheets

Condenser 　 Lines

－ Z Panel

＋ X Panel

Evaporator

Accumulator

LHPRS 概観図１ LHPRS 概観図２

+X Panel -Z Panel

LHP Steady State Performance

目的：– 定常状態における LHP 動作の確認

• HOT, NOMINAL, COLD の３モード• CCDカメラの温度状態確認• ラディエータにおける放熱状態確認

HOT Case

NOMINAL Case

COLD Case

Thermocouple 　 Positions

-Z Radiator

Tem

pera

ture

[deg

C] 0

-20

-40

-60

+X Radiator

Thermocouple 　 Positions

Tem

pera

ture

[deg

C] 0

-20

-40

-60

-80

HOT Case

NOMINAL Case

COLD Case

Vapor LiquidVapor Liquid

（ JAXA ）

機上データプロセッサー (EM) の試験 ( 理研 /筑波 )

地上データ処理システムの開発　　　　 （理研・日大・ JAXA)

ISS-JEM

OCS( 筑波 )

U-BIS （筑波）

MAXI

低速系 DP システム

中速系 DP システム

観測シミュレータ

データ解析システム

速報システム

公開システム

通 信

試験のため

２００３～４試験実施

2005~6 製作

2003~4 基本ソフト開発

ISS/MAXI-QL チェック

MAXI 開発の現在、将来の問題

• ISS-JEM のデータ処理システムと即時性の開発　　 JEM の通信系、運用系と MAXI との整合性• MAXI遅延によるサイエンスチーム体制の維持　　　理研、大阪大、東工大、青学大、日大　　　大学院教育問題• MAXI遅延による外部（外国含む）への信用問

題• 遅延による科学的意義、装置の改良・発展• 遅延による予算の増加の抑制努力• ESA-Lobster-ISS(2010 年以降）との競合の調整

まとめ

• 全天 X 線監視装置は宇宙物理学にとってどの時期にも要求され、重要な役割を果たせる。

• 2008 年の前後に同様な競合装置はない。• 但し、装置、チームには賞味期限がある。• MAXI の開発には JAXA 以外に、理研、阪大、　青学大、東工大、日大、 ( 筑波大 ) の研究者、大学院生の協力で作業中。

• 装置の試験には 2～３年の時間を要する。• LHP, VSC, GPS は JAXA が深く関与して開発。

有難うございました。

MAXI の全天 X 線監視の役割

• ブラックホールや活動銀河核など動的宇宙の監視　・　 RXTE （米）の ASM と引き継ぐ　・　主な活動銀河核の長期変動の監視• 多波長観測分野のミッションに情報提供と交換　・　光、電波、 X 線、超高エネルギー γ 線• 当該時期での宇宙の全天 X 線マップの作成　・　銀河内の高温ガスを酸素、珪素、鉄などの X

線　　　輝線で分布　・　遠い活動銀河核の全天分布を X 線で調査