「すざく」搭載XISのバックグラウンド ――シミュレーションによる起源の解明 ○穴田貴康、堂谷忠靖、尾崎正伸、村上弘志、市川喜徳、村澤哲（宇宙研）、平賀純子（理研）他、「すざく」ＸＩＳチーム本研究の動機  これからのX線天文学 X線CCDカメラの課題  銀河団などの広がった天体の観測 →バックグラウンドの不定性の影響大  硬X線領域における非熱的放射の観測 • べき乗で減少するスペクトル • バックグラウンドはほぼフラット →相対的にバックグラウンドが卓越Ｘ線ＣＣＤカメラのバックグラウンドを低減したいバックグラウンドの発生機構を正確に把握することが不可欠モンテカルロシミュレーションによりバックグラウンドを再現し、その発生機構を調べ、対策を考える目次  バックグラウンドシミュレーションとＸＩＳの実データとの比較  バックグラウンドの起源 update  バックグラウンド低減の対策案 new  まとめバックグラウンドシミュレーションとＸＩＳ実データとの比較シミュレーションモデル宇宙線陽子 (30MeV – 200GeV) 1. 打ち込む宇宙線 • • 衛星軌道(高度600km)環境但し、荷電粒子は観測結果に合うようモデルの３倍打ち込む (Cut-off rigidity の不定性) 2. 検出器モデル • • • 陽子による放射線損傷を防ぐため厚み 10 g/cm2 のAlでシールド（XISと同じ）視野方向に穴の開いた球殻で近似 CCDはFront Illuminated (FI)とBack Illuminated (BI)の2種類用意パラメータはXISに合わせた宇宙線電子（100keV – 200GeV） 1. 2. （シミュレータ：Geant4） 3. CCD内部処理 • • 宇宙X線 (10keV - 6MeV) 電子の拡散をシミュレート実際にXISで行われているイベント抽出 3. CCDに入射した陽子が作るイメージ Simulation Real FI Real Simulation BI シミュレーション（CCDに1GeVの陽子を打ち込んだときに作ったイメージ） FI BI 実データイメージはよく再現不感層空乏層 0.7mm 中性領域 545mm 空乏層不感層 70mm 45mm 0.7mm スペクトル比較 25ksec(～3000フレーム)相当の粒子を打ち込んだ青：実データ（XIS夜地球）赤：シミュレーション電荷拡散シミュレーションの単純化? 非X線グレード(広がりの大きいイベント) FI BI X線グレード（擬似X線イベント） FI ＦＩ：全領域ＢＩ： 4keV以上で形をよく再現非X線グレードのスペクトルを再現したのは本研究が初めて BI 連続成分を全領域でよく再現バックグラウンドの起源Ｘ線グレード（擬似X線イベント）を作った粒子(バックグラウンド粒子)の種類 FI ＠天文学会 BI ＠天文学会電子 4967 (74%) 6033 (81%) X線 884 (62%) 462 (28%) 電子 452 (32%) 1029 (64%) X線 787 (12%) 662 (9%) 24 (2%) 陽子 362 (5%) 100 (1%) 他 570 (9%) 620 (9%) 陽子他 39 (3%) 44 (3%) 109 (6%) バックグラウンド粒子としては FI: X線 BI: 電子が主要成分バックグラウンドの起源（FI）コンプトン散乱でバックグラウンドになったX線のCCD 入射時のスペクトル宇宙X線や宇宙線陽子が起源となってハウジングで発生した硬X線がCCDに入射し、コンプトン散乱してバックグラウンドを作るバックグラウンドの起源（BI）バックグラウンドになった電子の CCD入射時のスペクトル宇宙線陽子がハウジングで作った電子や宇宙線電子がCCDに入射してバックグラウンドを作るバックグラウンド低減策バックグラウンド低減策（FI）宇宙線陽子起源のX線がCCD 二層シールドに入射することによりバックグラウンドを生成吸収 log dN/dE Z小陽子がシールドを貫いたときにシールド内部に飛び出すX線スペクトル（厚みは同じ）吸収 Z大シールド厚 ~ 平均自由行程となるエネルギーでピーク荷電粒子硬X線 log E 対策厚く → 宇宙線を遮蔽外殻 Z小 → 硬X線の発生を防止 Z大 → 外殻で生じた軟X線を遮蔽内殻薄く → 荷電粒子との相互作用の確率を低くする軟X線 × × バックグラウンド低減策（BI）電子がCCDに入射することによりバックグラウンドを生成磁場の印加磁場をかけることにより電子の軌道を曲げ、CCDへの入射を防ぐ理論 Lamor半径 0.01 T 電子の軌道 0T 0.1 T 磁場を強くすれば Lamor半径が小さくなり、CCDに対して水平方向にドリフトする 1MeVの電子に対し、 0.1Tの磁場を印加 → r ~ 3cm ~ CCD size CCD 1T 空乏層で落としたエネルギー (keV) 0.1 Tの磁場をかけ、電子を打ち込んだ図磁場を変化させたときの検出される電子のスペクトル (シミュレーション) まとめ  XISのバックグラウンドシミュレーション連続成分スペクトルの形をほぼ再現非Ｘ線グレードスペクトル：ＦＩ：全領域ＢＩ：4keV以上 X線グレードスペクトル：全領域  バックグラウンドの起源天 FI：宇宙線陽子が不感層付近で作った電文子がCCDに入射学会 BI:宇宙線陽子がハウジングで作った電子や宇宙線電子がCCDに入射シミュレーションの改修 FI: 宇宙X線や宇宙線陽子が起源となってハウジングで生じた硬X線がCCDに入射し、コンプトン散乱 BI: 宇宙線陽子がハウジングで作った電子や宇宙線電子がCCDに入射（以前と同様）  今後の課題 1. シミュレーションの改良 2. シミュレーションによる低減策の検討 3. 実験による低減策の実証