柔軟な連携観測を可能にする
超⼩型X線衛星 NinjaSat
武⽥ 朋志 (理化学研究所/東京理科⼤)

⽟川 徹 (理研), 榎⼾ 輝揚 (京⼤/理研), 北⼝ 貴雄, 加藤 陽, 三原 建弘(理研) , 岩切 渉 (千葉⼤), 沼澤 正樹 (都⽴⼤),内⼭ 慶祐, 吉⽥ 勇登, ⼤⽥ 尚享, 林 昇輝, 佐藤 宏樹, 重城新⼤, 渡部蒼汰, ⻘⼭有未来 (理研/東京理科⼤),

Chin-Ping Hu (彰化師範⼤/理研), ⾼橋 弘充 (広島⼤), ⼩⾼ 裕和 (⼤阪⼤), 丹波 翼 (ISAS/JAXA), ⾕⼝ 絢太郎 (理研/早⼤)⽇本天⽂学会 秋季年会, 2023年9⽉21⽇, 名古屋⼤学

超⼩型X線衛星による柔軟な連携観測
⼩‧中‧⼤型衛星/機器

X線観測

NICER

MAXI/GSC(⾼時間分解能)https://xrism.isas.jaxa.jp/

XRISM(⾼エネルギー分解能)
. tkg

©NASA

超⼩型衛星

HaloSat(全天モニター)

IXPE

PolarLight©NASA(偏光)kg(偏光)©RIKEN/JAXA

kg

https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/heasarc/missions/polarlight.html

数 kg

https://heasarc.gsfc.nasa.gov/
docs/halosat/halosat.html(偏光計 580 g)kg

⼤型衛星だけで、全天のＸ線天体すべてを⻑期にわたって詳細にモニターすることは難しい
超⼩型衛星でも運⽤⽅法と天体選定によって⼤型衛星でできない科学成果を期待できる- ⻑期的な多波⻑観測, 突発天体の追観測

成果の最⼤化には、多波⻑‧マルチメッセンジャーでの連携‧同時観測が鍵になる！

NinjaSat : 6U CubeSat X-ray Observatory• 2023年10⽉ SpaceX Falcon• 太陽同期軌道 (km),ロケットで打ち上げ年以上の運⽤cm
cm

cm

Enoto et al., SPIE proceeding(DOI: .
/ .
)

超⼩型X線衛星 NinjaSat
U サイズの超⼩型X線衛星GMCcm

StartrackerGMCcm

cm

総電⼒ : 16 W, 総重量 : 8.4 kg

主な観測計画- 明るいX線天体の多波⻑ (X線/可視光‧電波) 観測- 突発天体の追観測→ 従来の衛星に⽐べて⻑期的に実施できるのが最⼤の特徴

衛星バス- リトアニアの NanoAvionics 社に委託, 120機以上の実績- ポインティング精度 < 0.1°

⾮撮像型ガスX線検出器 Gas Multiplier Counter (GMC) x- 観測エネルギー帯域 : 2‒50 keV- 視野⾓ : 2.1 deg (FWHM) w/ コリメーター- 時間分解能 : 61 μs- 有効⾯積 : 32 cm @ keV / 台 (CubeSat では過去最⼤)- Sensitivity : ~-ergs s- cm- (‒mCrab) を想定

Tamagawa+

超⼩型X線衛星 NinjaSatGas Multiplier Countercm

ガスセル

t-e
DA nd cQ
bo ardardcm- 明るいX線天体の多波⻑ (X線/可視光‧電波) 観測- 突発天体の追観測

コリメーター

Fron

主な観測計画cm→ 従来の衛星に⽐べて⻑期的に実施できるのが最⼤の特徴

衛星バス- リトアニアの NanoAvionics 社に委託, 120機以上の実績- ポインティング精度 < 0.1°

⾮撮像型ガスX線検出器 Gas Multiplier Counter (GMC) x- 観測エネルギー帯域 : 2‒50 keV- 視野⾓ : 2.1 deg (FWHM) w/ コリメーター- 時間分解能 : 61 μs- 有効⾯積 : 32 cm @ keV / 台 (CubeSat では過去最⼤)
質量 : ~ 1.2 kg, 消費電⼒ : ~ 1.8 W- Sensitivity : ~-ergs s- cm- (‒mCrab) を想定

Tamagawa+

Normalized counts
Normalized Counts

プロジェクトの進捗

ADC スペクトル @KEK較正試験

1.26.4 keV 15 keV

25 keV 35 keV

FM ガスセル45 keV

10.8

ΔE/E ~14%@6.4 keV

0.60.4
0.2

0500

1000

1500

2000

PHA channel
2500

3000
ADC channel

若⼿研究者‧学⽣が中⼼となって⾃らの⼿で開発‧組み⽴て我々はペイロード開発に専念し、短期間で打ち上げまで実現 (~4年)

ZOOM 会議

NinjaSat ノミナル運⽤%. %(sun tracking)

地上との通信ss

発電

運⽤例 (1周回分)%. %発電s

⽇照発電観測(sun tracking)

s

%

%

観測(sun tracking)s

3つの運⽤モード (観測/発電/通信)- 典型的な観測時間は全体の約 50%- 地上との通信は 1-2回/⽇ (定常運⽤時)

将来的には複数台の運⽤‧連携観測も視野- 充電‧地没で観測できない時間を互いにカバー- 開発‧打ち上げコストは⼤型衛星の 1/100 以下

⽇陰s

衛星1s

複数台による連携観測 (将来案)
観測天体❌
地球衛星2○

X線連星の多波⻑観測‧追観測
X線連星- 伴星からコンパクト天体に質量降着- 電波からX線まで広い波⻑帯域の電磁放射

ジェット (電波/可視光)- ミリ秒~数ヵ⽉を超えるタイムケールで明るさ変動

多波⻑観測 (X線/可視光/電波)- 系全体の包括的な理解のために重要- しかし、これまでの観測は短時間がほとんど- NinjaSat なら1ヶ⽉を超える観測が実現可能

追観測- 突発天体発⾒からおよそ1⽇- 地上との通信頻度 (1-2回/⽇) による制約- ただし、追観測後は⻑期観測に移⾏可能

ブラックホール

コロナ

降着円盤

伴星

X線

可視光(c) NASA/CXC/M.Weiss定常重⼒波 (CGW) 検出に向けた連携観測

⾃転周波数は 約600 Hz 以下

中性⼦星• CGW が⾓運動量を持ち逃げしている？

https://en.wikipedia.org/wiki/Interacting_binary_star

2.2x10-5• しかし、観測されている

自転周波数?

2.1x10-5

スピンアップ~900 Hz~600 Hz

2.0x10-5

伴星

Power Density ([raw rms/raw flux]2/Hz)• 質量降着により中性⼦星がSco X-1 twin kHz QPO(van der Klis et al., 1997)
200

500

1000

5000

Frequency (Hz)CGW はこれまで未検出。S/N 向上には中性⼦星の⾃転周波数でデータを畳み込む必要あり

CGW 源候補の Sco X- は⾃転周波数が未知。キロヘルツ準周期振動 (kHZ QPO) の差分周期が対応?
Sco X- は⼤型衛星には明るすぎて観測が難しく、超⼩型衛星向き→ NinjaSat で占有観測し、⾃転周期を⻑期的にモニタリングできないか？

まとめ
超⼩型衛星でも天体選定と運⽤⽅法によって⼤型衛星でできない科学成果を期待できる- 成果の最⼤化には、多波⻑‧マルチメッセンジャーでの連携‧同時観測が鍵

超⼩型X線衛星 NinjaSat が 2023年10⽉に打ち上げ予定- ‒keV に感度を持つ⾮撮像型ガスX線検出器 (GMC) を2台搭載

超⼩型衛星の運⽤上の柔軟性を活かした観測を実施- 明るいX線天体の⻑期的な多波⻑同時観測- 突発天体の追観測を実施- 定常重⼒波検出に向けたX線による中性⼦星の⾃転周期のモニター