東大他 宇宙X線をとらえる大型ミラーの製造技術を開発

高精度筒形ミラーを用いた X線望遠鏡、筒形状で内面が高精度な鏡となっておりX 線が反射する

太陽フレア爆発などの宇宙現象が通信・放送、航空運用、電力網に影響を及ぼすことが懸念されている。大規模な太陽フレアは平均で年1回程度発生しており、X線などの電磁波や、航空乗務員の被ばく原因となる太陽放射線が放出されることから、総務省・研究機関でも発生予報の高度化に向け、対策に努めているところだ。こうした太陽現象の解明に資することが期待される研究成果を、東京大学、名古屋大学と、レンズメーカーの夏目光学が12月14日に発表した。〈発表資料は こちら〉

東大先端科学技術センター・三村秀和教授らによる研究グループは、X線望遠鏡用の高精度ミラーを製作する技術を確立。宇宙X線は非常に高いエネルギーを持つ光であるため、一般的なレンズやミラーで集めることができない。宇宙X線観測用の望遠鏡では、ウォルターミラーと呼ばれる特殊な筒型ミラーが用いられる。ウォルターミラーは、極めて高い精度が要求され、これまで小指程度の大きさにとどまり、大型のものは製作が困難であった。

このほど開発された手法は、鋳造によるものだが、まず、マンドレルと呼ばれる筒状のガラス製の型を製作。次に、電気メッキの原理で、マンドレルの表面を覆うように厚さ0.5～2mmの殻を作る。この殻をマンドレルから引き抜き、ウォルターミラーを量産する（考古学展示品のレプリカ作成のイメージ）。ここで、殻には、副反応により表面に気泡が生じ、特に大型のミラーでは形状を歪めてしまう難点があった。今回、真空を利用した「気泡除去手法」を用いることで、X線望遠鏡に適用できる大きなミラーを、誤差1μmの精度で製作可能となった。

今回の研究では、日米共同の太陽観測ロケット実験「FOXSI-4」に用いられる直径60mm、長さ200mmのウォルターミラーを製作。誤差0.3μmの高精度が達成された。「FOXSI-4」では、NASAの観測ロケットを用い、太陽フレアから放出されるX線を詳細に観測する計画だ。

日本は、今秋のX線分光撮像衛星「XRISM」の打ち上げなど、X線天文学をリードしており、研究開発に当たった研究グループでは、今回の成果について、望遠鏡の高性能化・低コスト化とともに、X線天文学の進展にも貢献すると期待を寄せている。研究に参画した夏目光学は、光学機器メーカーが集まる長野県に本社を有し、半導体製造、レーザー加工など、幅広い技術分野を手がけている。