IXPE

イメージングX線偏光測定エクスプローラ
IXPE 衛星では、上部に 3 つの同一の X 線光学要素があり、下部にセンサーがあります。
名前エクスプローラー 97 IXPE SMEX-14
ミッションタイプX線偏光測定
オペレーターNASA、ASI
コスパーID2021-121A
SATCAT番号49954
Webサイトixpe .msfc .nasa .gov asi.it/ixpe
ミッション期間5年（予定）4年1ヶ月16日（進行中）
宇宙船の特性
宇宙船エクスプローラー XCVII
宇宙船の種類イメージングX線偏光測定エクスプローラ
バスBCP-100
メーカーボール・エアロスペース＆テクノロジーズOHBイタリア
打ち上げ質量330 kg (730 ポンド) [ 1 ]
ペイロード質量170 kg (370 ポンド)
寸法直径1.1メートル（3フィート7インチ）、高さ5.2メートル（17フィート）、完全に展開したソーラーアレイ：2.7メートル（8フィート10インチ）
ミッション開始
発売日2021年12月9日 06:00  UTC [ 3 ]
ロケットファルコン9 B1061-5
発射場ケネディ宇宙センター、LC-39A
請負業者スペースX
入隊2022年1月10日[ 2 ]
軌道パラメータ
参照システム地心軌道
政権低軌道
近地点高度540 km (340 マイル)
遠地点高度540 km (340 マイル)
傾斜0.20°
期間90.00分
主望遠鏡
タイプ3面鏡
焦点距離4メートル[ 4 ]
波長X線
トランスポンダー
バンドSバンド[ 5 ]
IXPEミッションロゴ

撮像X線偏光測定探査機（Imaging X-ray Polarimetry Explorer、通称IXPEまたはSMEX-14）は、ブラックホール、中性子星、パルサーからの宇宙X線の偏光を測定するために設計された3基の同一望遠鏡を備えた宇宙観測衛星です。 [ 6 ] 2021年12月9日に打ち上げられたこの観測衛星は、NASAとイタリア宇宙機関（ASI）の国際協力によって実現しました。これは、太陽物理学と天体物理学の研究を目的とした低コストの宇宙船を設計するNASAのExplorers計画の一環です。

このミッションは、特異な天体を研究し、ブラックホール、中性子星、パルサー、超新星残骸、マグネター、クエーサー、そして活動銀河核の磁場マッピングを可能にします。これらの天体の周囲環境から放射される高エネルギーX線は偏光（特定の方向に振動する）することがあります。X線の偏光を研究することで、これらの天体の物理的性質が明らかになり、それらが生成される高温環境に関する知見が得られます。[ 7 ]

概要

IXPEのイラスト

IXPEミッションは2017年1月3日に発表され[ 6 ]、2021年12月9日に打ち上げられた。[ 3 ]この国際協力は2017年6月に調印され[ 1 ] 、イタリア宇宙機関（ASI）がX線偏光検出器を提供することを約束した。[ 7 ]ミッションと2年間の運用にかかる推定費用は1億8800万米ドル（打ち上げ費用は5030万米ドル）である。[ 8 ] [ 7 ] IXPEミッションの目標は、NASAの天体物理学における最初の科学目標である「宇宙の仕組みを解明する」を支援し、高エネルギー天体物理学的プロセスと源に対する理解を深めることである。 [ 1 ]宇宙源のX線偏光測定と偏光画像化を取得することにより、IXPEは2つの特定の科学目標に取り組んでいる。極限環境における一般相対論的および量子的効果を探求する。 [ 1 ] [ 6 ]

IXPEの2年間のミッション期間中、活動銀河核、クエーサー、パルサー、パルサー風星雲、マグネター、降着X線連星、超新星残骸、銀河中心などのターゲットを研究します。[ 4 ]

この宇宙船はボール・エアロスペース・アンド・テクノロジーズ社によって建造された。[ 1 ]主任研究者はNASAマーシャル宇宙飛行センターのマーティン・C・ワイスコフ氏である。ワイスコフ氏はNASAマーシャル宇宙飛行センターのX線天文学の主任科学者であり、チャンドラX線観測衛星のプロジェクト科学者でもある。[ 7 ] NASAマーシャル宇宙飛行センターは、この望遠鏡のX線ミラーの設計、製造、試験も行った。[ 9 ]

その他のパートナーには、マギル大学、マサチューセッツ工科大学（MIT）、ローマ・トレ大学、スタンフォード大学、[ 5 ] OHBイタリア[ 10 ]、コロラド大学ボルダー校[ 11 ]などがある。

目的

技術的および科学的目標には以下が含まれる：[ 3 ]

望遠鏡

この宇宙観測所には、宇宙X線の偏光を測定するために設計された3台の同一の望遠鏡が設置されている。[ 6 ]偏光検出器は、イタリアの天体物理学研究所（INAF）と原子核物理学研究所（INFN）の科学者によって発明・開発され、数年にわたって改良された。[ 4 ] [ 12 ] [ 13 ]

望遠鏡（×3）基本パラメータ
波長X線
エネルギー範囲2～8keV
視野（FoV）>11′
角度分解能≤30インチ

原理

IXPEのペイロードは、共通の光学ベンチに搭載され、宇宙船の指向軸と共線に配置された3つの同一の撮像X線偏光測定システムである。[ 1 ]各システムは冗長性のために独立して動作し、イタリアで開発された偏光感度撮像検出器にX線を焦点を合わせるミラーモジュールアセンブリで構成される。[ 1 ] 4メートル（13フィート）の焦点距離は展開式ブームを使用して実現される。

ガスピクセル検出器（GPD）[ 14 ]は、マイクロパターンガス検出器の一種であり、偏光光子によって生成される光電子の放出方向の異方性を利用して、ガス媒体中で相互作用するX線の偏光状態を高感度で測定します。 [ 4 ]このようなシンクロトロン放射源の位置依存およびエネルギー依存の偏光マップは、X線放射領域の磁場構造を明らかにします。X線偏光イメージングは​​、強い電子加速領域の磁気構造をよりよく示します。このシステムは、周囲の星雲放射や隣接する点源から点源を分離することができます。[ 4 ]

起動プロファイル

IXPEの立ち上げ

IXPEは、2021年12月9日にフロリダ州NASAケネディ宇宙センターのLC-39AからSpaceX Falcon 9（B1061.5 ）で打ち上げられた。観測所の比較的小さなサイズと質量は、SpaceXのFalcon 9打ち上げ機の通常の容量をはるかに下回っている。しかし、IXPEは傾斜角0°のほぼ正確な赤道軌道で動作するように設計されているため、Falcon 9はIXPEを正しい軌道に乗せるために作業しなければならなかった。赤道上空28.5°に位置するケープカナベラルから打ち上げられたため、0.2°の赤道軌道に直接打ち上げることは物理的に不可能であった。代わりに、ロケットは真東に打ち上げて駐機軌道に入り、宇宙船が赤道を横切ったときに宇宙空間で一度平面または傾斜角の変更を行う必要があった。ファルコン9の場合、これはわずか330kg（730ポンド）のIXPEでも、そのようなミッションプロファイルでは理論上の最大性能（1,500〜2,000kg（3,300〜4,400ポンド））の約20〜30％に相当する可能性が高いことを意味していましたが、同じ打ち上げ機は、飛行機の変更が不要な場合、第1段ブースターを回収しながら、IXPEが目指していた同じ540km（340マイル）の軌道に約15,000kg（33,000ポンド）を打ち上げることができました。[ 15 ]

IXPEは、ブラックホールや中性子星など、様々な宇宙線源からのX線の偏光を測定することに特化した初の衛星です。赤道に沿った軌道により、ヴァン・アレン帯の内側が地表に最も接近する 南大西洋異常域におけるX線観測装置の放射線被曝を最小限に抑えます。

オペレーション

IXPEは2年間稼働するように設計されている。[ 8 ]その後は退役して軌道から外されるか、ミッションの延長が行われる可能性がある。

IXPE探査機の打ち上げと展開後、NASAは探査機をブラックホール1ES 1959+650とパルサーSMC X-1に向け、較正を行いました。その後、探査機は最初の科学観測目標であるカシオペヤAを観測しました。カシオペヤAの初光画像は2022年1月11日に公開されました。[ 16 ] IXPEの初年度には30個の観測目標が計画されています。[ 16 ]

IXPEは、ケニアのマリンディにある地上局を介して地球と通信します。この地上局はイタリア宇宙機関が所有・運営しています。[ 16 ]

現在、IXPEのミッション運用は大気宇宙物理学研究所（LASP）によって管理されている。[ 17 ]

結果

2022年5月、IXPEの最初の研究では、4U 0142+61に真空複屈折の可能性が示唆されました[ 18 ] [ 19 ]。 8月には、別の研究ではケンタウルスAの偏光度が低いことが測定され、X線放射はジェットの加速粒子から直接発生するのではなく、散乱過程から来ていることが示唆されました[ 20 ] [ 21 ] 。 2022年10月には、ガンマ線バーストGRB 221009A（「史上最も明るい」（BOAT）としても知られています）を観測しました[ 22 ] [ 23 ] 。

  • IXPE宇宙船
  • IXPEの構造図
    IXPEの構造図
  • 発売前のIXPE
    発売前のIXPE
  • IXPE 展開プロセスのアニメーション

参照

ウィキメディア コモンズには、Imaging X-ray Polarimetry Explorerに関連するメディアがあります。

参考文献

  1. ^ a b c d e f g「IXPE（イメージングX線偏光測定探査機）」 . eoportal.com . ESA. 2024年4月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年2月17日閲覧。
  2. ^ “IXPE X線天文台、運用完了、カシオペアAの較正に着手” . NASASpaceFlight.com. 2022年1月10日. 2022年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2022年1月11日閲覧。
  3. ^ a b c「IXPEホーム：宇宙のX線観測を拡大」マーシャル宇宙飛行センター（MSFC） NASA。2021年9月7日。2021年10月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年9月15日閲覧。パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
  4. ^ a b c d e Weisskopf, Martin C.; Ramsey, Brian; o'Dell, Stephen L.; Tennant, Allyn; Elsner, Ronald; Soffitta, Paolo; Bellazzini, Ronaldo; Costa, Enrico; Kolodziejczak, Jeffery; Kaspi, Victoria; Muleri, Fabio; Marshall, Herman; Matt, Giorgio; Romani, Roger (2016年10月31日). "The Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE)" . Results in Physics . 6 : 1179– 1180. Bibcode : 2016ResPh...6.1179W . doi : 10.1016/j.rinp.2016.10.021 . hdl : 2060/20160007987。
  5. ^ a b「IXPEファクトシート」（PDF） NASA、2017年。2019年4月2日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2018年2月2日閲覧。パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
  6. ^ a b c d「NASA​​、ブラックホールと宇宙X線の謎を研究するミッションを選択」 NASA、2017年1月3日。2021年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2021年12月6日閲覧。パブリックドメインこの記事には、パブリック ドメインであるこのソースからのテキストが組み込まれています。
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  9. ^ Ramsey, Brian D.; Bongiorno, Stephen D.; Kolodziejczak, Jeffery J.; Kilaru, Kiranmayee; Alexander, Cheryl; Baumgartner, Wayne H.; Elsner, Ronald F.; McCracken, Jeffrey; Mitsuishi, Ikuyuki; Pavelitz, Steven D.; Ranganathan, Jaganathan; Sanchez, Javier; Speegle, Chet O.; Weddendorf, Bruce; O'Dell, Stephen L. (2019年8月12日). Pareschi, Giovanni; O'Dell, Stephen L. (編). "IXPE Mirror Module Assemblies" . SPIE Optics + Photonics Optical Engineering + Applications . 11119 : 2. Bibcode : 2019SPIE11119E..03R .土井: 10.1117/12.2531956。ISBN 978-1-5106-2931-8。
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