Hard X-ray Polarimetry -- An overview of the method, science drivers and recent findings
在过去的十年里，人们对X射线偏振测量的兴趣发生了飞跃，AstroSat、POLAR、GAP和PoGO+在硬X射线中进行了许多新的偏振测量。这些测量结果为各种天体物理现象提供了一些有趣的见解，如黑洞X射线双星中的日冕几何和盘喷流连接，恒星中的硬X射线发射机制和伽马射线暴（GRB）。他们还强调了随着能量的增加极化的增加，这使得硬X射线偏振测量非常有吸引力。有一些经证实的硬X射线偏振测量实验，加上现有的仪器（AstroSat和INTEGRAL），使这一领域进一步令人兴奋。随着闪烁体读出器、有源像素传感器、CZT探测器的新发展，偏振实验也可能在灵敏度方面取得重大进展。特别地，硬X射线聚焦光学器件的出现将使得能够设计灵敏度成倍增强的紧凑型焦平面偏振计。本文主要介绍了旋光测量的最新研究成果、硬X射线旋光测量的科学潜力以及测量技术的改进。
2021-04-12 astro-ph.HE astro-ph.IM
POLARIX: a pathfinder mission of X-ray polarimetry
自从X射线天文学诞生以来，光谱、空间和定时观测得到了极大的改进，获得了关于大多数天体源的丰富信息。相反，旋光法基本上还没有被探测到。X射线偏振测量法有望提供额外的信息，获得两个新的可观测量，偏振度和偏振角。POLARIX是一个专门用于X射线偏振测量的飞行任务。它利用气体像素探测器的偏振响应，结合位置灵敏度，在望远镜的焦点上，导致灵敏度的巨大增加。三个气体像素探测器与三个X射线光学器件耦合，这是JET-X任务的遗产。POLARIX将测量时间分辨的X射线偏振，在15弧分$\times$ 15弧分的视场中，角分辨率约为20弧秒，在6 keV下，能量分辨率为20%。对于通量为1 mCrab且观察时间为10^5 s的源，最小可检测极化为12%。该卫星将由Vega发射器送入505公里高度的赤道轨道，遥测下行链路站将设在马林迪。POLARIX卫星的指向将是无陀螺的，它将在一个源的地球掩星期间执行双重指向，从而最大限度地提高科学回报。75%的POLARIX数据向社区开放，而25%以上的SVP（科学验证阶段，1个月的运行）致力于核心计划活动，向相关科学家开放。该任务的计划持续时间为一年加三个月的调试和SVP，适合在该仪器范围内进行大部分基础科学。
2011-05-03 astro-ph.HE astro-ph.IM
Experimental verification of off-axis polarimetry with Cadmium Zinc Telluride detectors of AstroSat-CZT Imager
AstroSat卫星上的碲锌镉成像仪（CZTI）由大量像素化碲锌镉探测器阵列组成，能够测量入射硬X射线的偏振。CZTI对轴上源的偏振测量能力在发射前得到了实验证实。CZTI在100 - 380 keV能量范围内对蟹状星云和脉冲星的X射线偏振产生了诱人的结果。CZTI还为测量几个伽马射线暴（GRB）的瞬发发射偏振做出了贡献。然而，离轴源如伽玛暴的偏振测量是具有挑战性的。实验标定CZTI对离轴源的灵敏度是提高测量可信度的关键。在这种情况下，我们报告的验证离轴偏振能力的像素化CZT探测器通过控制实验进行了与CZT探测器类似的CZTI和广泛的Geant 4模拟的实验装置。我们目前的研究结果表明，CZT探测器可以用来测量明亮的伽玛暴的偏振到离轴角~60度。然而，在45-60度之间的入射角下，可能存在一些系统效应，在解释测量的偏振分数时需要考虑这些系统效应。
2022-09-01 astro-ph.HE astro-ph.IM
Measurement of the position resolution of the Gas Pixel Detector
气体像素探测器是作为天体源X射线偏振测量的焦平面仪器而设计和建造的，这是X射线天文学最后一个未探索的子课题。它承诺进行详细和敏感的测量，解决扩展源和检测在拥挤的领域在良好的角分辨率的望远镜焦点微弱的源偏振。它的偏振和光谱能力已经在早期的作品中进行了研究。在这里，我们调查的第一次，实验室测量和蒙特卡罗模拟，其成像特性，以确认其独特的能力，在未来的X射线任务进行成像光谱偏振。
2012-08-30 astro-ph.IM physics.ins-det
Developing the Future of Gamma-ray Astrophysics with Monolithic Silicon Pixels
本文探讨了AstroPix的潜力，这是一个为下一代天基高能天体物理实验开发互补金属氧化物半导体（CMOS）像素的项目。多信使天体物理学是一个快速发展的领域，其即将到来的任务需要新的探测器技术的支持，如AstroPix。ATLASPix是为欧洲核子研究中心的ATLAS粒子探测器优化的单片硅探测器，是更大的AstroPix项目的开始。能量分辨率是伽玛射线事件重建的驱动参数，因此ATLASPix能量分辨率的表征是本文的重点。探测器的固有能量分辨率超过了我们在60 keV下<10%的基线要求。ATLASPix的数字输出导致能量分辨率不足以推进伽马射线天文学。然而，来自内在能量分辨率的结果表明探测器的数字能力可以重新设计，并且已经构建了更大的AstroPix项目的下一代像素。AstroPix-type像素的迭代是支持新的空间任务的令人兴奋的技术候选者。
2021-09-28 astro-ph.HE astro-ph.IM
Gamma-Ray Polarimetry
本文回顾了高能光子偏振测量的基本概念与实验方法，重点介绍了硬X射线到MeV γ射线的散射偏振测量及更高能光子的对产生偏振测量，并展望了POLAR-2和COSI等新一代仪器的未来发射计划。
2022-05-04 astro-ph.IM
Instrumentation and Future Missions in the Upcoming Era of X-Ray Polarimetry
基于从固态到气体技术的现有探测器的成熟重新引起了人们对X射线偏振测定法的兴趣，提高了广大科学界对改进偏振计性能以及产生更详细的理论预测的热情。我们将介绍有关测量光子偏振的基本概念，特别是在X射线中，我们将回顾偏振计的当前状态，从软~到硬X射线，从太阳耀斑到遥远的天体物理源。我们将介绍从最近到即将到来的空间任务的全景发展的旋光仪的相关例子，以显示该技术的最新发展如何允许重新打开X射线旋光测量的观测窗口。
2018-05-11 astro-ph.IM
PolarLight: a CubeSat X-ray Polarimeter based on the Gas Pixel Detector
气体像元探测器（GPD）是为高灵敏度天文X射线偏振测量而设计和研制的，是近几年内即将打开的一扇新窗口。由于GPD的小质量，低功率和紧凑的几何形状，我们提出了一个立方体卫星任务偏振光（PolarLight）来演示和测试该技术直接在太空中。没有光学器件，只有一个准直器将视场限制在2.3度。充满0.8大气压的纯二甲醚（DME），并由100微米厚的铍窗密封，灵敏面积约为1.4 mm × 1.4 mm，PolarLight允许我们观察天空中最亮的X射线源，计数率为，例如，~0.2计数/秒来自蟹状星云。PolarLight大小为1U，安装在6 U CubeSat上，于2018年10月29日发射到低地球太阳同步轨道，目前正在测试中。计划在2019年推出更多改进设计的产品。这些测试将有助于提高未来任务的技术准备程度，如增强型X射线定时和偏振测量（eXTP），更好地了解轨道背景，并可能有助于通过观测最亮物体来限制物理学。
2019-03-05 astro-ph.HE astro-ph.IM
Active galactic nuclei in the era of the Imaging X-ray Polarimetry Explorer
在大约四年的时间里，美国国家航空航天局（NASA）将发射一个名为成像X射线偏振探测器（IXPE）的小型探测器任务。IXPE是一颗专用于观测来自2-8千电子伏能量范围内明亮天文源的X射线偏振的卫星。使用气体像素探测器（GPD），该任务将首次允许在其头两年的运作中获得约100个源的X射线偏振成像和光谱学。其中包括宇宙中最强大的光源：活动星系核（AGN）。在这篇论文中，我们总结了我们的科学探索，我们的目标是实现在AGN领域使用IXPE，描述的主要发现，这新一代的X射线偏振仪将能够使。在这些发现中，我们期望探测到强引力的无可争议的特征，量化在6.4 keV处观测到的铁K_α线上遥远的冷物质上的散射的数量和重要性。IXPE还将能够探测秒差距尺度活动星系核区域的形态、类星体喷流中的磁场强度和方向，最重要的结果之一是对黑洞的自旋进行独立测量。
2017-08-07 astro-ph.HE astro-ph.IM
X-ray Polarimetry: a new window on the high energy sky
偏振测量被广泛认为是X射线天文学中一种强大的观测技术，有助于提高我们对许多致密物体的发射机制、几何形状和磁场排列的理解。然而，在X射线能量带中缺乏合适的灵敏仪器一直是其在过去三十年中发展的限制因素。到目前为止，偏振测量已经专门与布拉格衍射在45度或康普顿散射在90度和唯一明确的检测X射线偏振已获得的一个最明亮的对象在X射线天空，蟹状星云。直到最近，随着一类新的高灵敏度成像探测器的发展，利用光电发射过程来测量光子偏振的可能性已经成为现实。我们将报告一个基于光电效应的成像X射线偏振计的性能。该设备从精细细分的气体像素探测器成像的光电子的轨迹中获得偏振信息。它有一个很大的灵敏度，即使是中等面积的望远镜，可以同时执行良好的成像，中等光谱和高速率定时。作为真正的2D，它是非色散的，不需要任何旋转。该装置被包括在许多卫星任务提案的科学有效载荷中，这些卫星任务有可能在几年内也在X射线中揭示偏振测量。
2010-04-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
In-flight calibration system of Imaging X-ray Polarimetry Explorer
将于2021年发射的NASA/ASI成像X射线偏振探测器将是第一台在2-8 keV能量带对多个天文源进行空间分辨X射线偏振测量的仪器。由于在三个X射线望远镜的焦点处使用了气体像素探测器（GPD），这些测量成为可能。GPD允许同时测量相互作用点、能量、到达时间和探测到的X射线光子的偏振角。因此，40年前利用爱因斯坦卫星实现的成像和光谱学灵敏度的提高将首次扩展到X射线偏振测量。气体倍增探测器的特性随时间而变化。由于GPD是一种新型仪器，因此在其任务寿命期间验证其性能和稳定性尤为重要。为此目的，航天器上有一套滤波器和校准装置，其中包括用于对仪器进行飞行中校准的偏振和非偏振校准源。在这项研究中，我们提出的FCS的飞行模型的设计和使用硅漂移探测器和CCD相机获得的第一次测量，以及在热真空中获得的GPD的飞行单元。我们表明，校准源成功地评估和验证GPD的功能，并验证其在轨道上的科学成果，这提高了我们的知识，这些探测器在X射线偏振测量的行为。
2020-10-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Balloon-borne gamma-ray polarimetry
为解释致密天体物理源的高能发射机制而假设的物理过程经常产生极化的软伽马射线（X射线）。PoGOLite是一种在25-80 keV能量带工作的球载偏振计。入射光子的偏振重建使用康普顿散射和光电吸收的phoswich检测器单元的阵列，包括塑料和BGO反射器，由BGO侧反符合屏蔽包围。使用定制的姿态控制系统将偏振仪与测量觇标对准。首次气球飞行定于2011年夏季在欧洲探空火箭发射场空间中心进行，以蟹状星云和天鹅座X-1为主要观测目标。
2011-06-07 astro-ph.IM
PolPy: A universal tool for X-ray/gamma-ray polarimetry using common data format standards
Raman Research Institute（拉曼研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）；University of Geneva（日内瓦大学）；Indian Institute of Technology Bombay（孟买印度理工学院）；INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所空间与行星物理学所）；University of New Hampshire（新罕布什尔大学）
PolPy是一款基于3ML框架的通用偏振测量工具，通过统一数据格式等标准，可准确恢复偏振参数，多仪器联合拟合能提升约束能力，为高能天体物理暂现源偏振分析提供支持。
2026-08-31 astro-ph.HE astro-ph.IM
Imaging X-ray Polarimetry Explorer
NASA-Marshall Space Flight Center（美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心）；INAF-Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所空间天体物理学与行星科学研究所）
研究天体物理X射线偏振测量，此前相关测量少。IXPE于2007年提出、2017年获资助，介绍了其有效载荷和航天器设计等情况，为X射线偏振测量提供了高灵敏度成像方案，推动该领域发展。
2026-07-21 astro-ph.HE astro-ph.IM
Polarization properties of X-ray tubes used for Imaging X-ray Polarimetry Explorer calibration
本研究测量了IXPE定标用X射线管的偏振特性，发现轫致辐射的偏振度取决于加速电子与发射光子的几何关系，且随能量变化的规律与理论预测一致。
2023-07-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Hard X / soft gamma ray polarimetry using a Laue lens
硬X /软γ射线偏振分析可以有效地进行康普顿散射各向异性的研究，在一个由精细像素组成的探测器。但在100 keV以上的能量范围内，源通量非常弱，仪器背景非常强，这样精细的测量实际上是非常困难的。劳厄透镜是一种基于晶体衍射的新兴技术，可以集中软伽马射线。这种光学系统可用于实现高效率、高灵敏度和高角分辨率的望远镜，但其代价是视场减小到几个弧分。以聚焦在100 keV - 600 keV能量范围内的20 m焦距望远镜概念为例，说明高反射率晶体领域的最新进展可以带来非常吸引人的性能。劳厄透镜对偏振完全透明，这种望远镜将非常适合进行偏振研究，因为理想的焦平面是一堆精细像素化的平面探测器-以便重建点扩散函数-这也是进行康普顿事件跟踪的理想选择。
2011-09-06 astro-ph.IM
Towards Optimal Signal Extraction for Imaging X-ray Polarimetry
我们描述了一个最佳的信号提取过程，用于成像X射线偏振测量，使用集成的深度神经网络。用于恢复偏振的初始光电子角度具有遵循冯米塞斯分布的误差。这是复杂的事件转换以外的基准气体体积，其轨道具有很小的偏振灵敏度。我们训练卷积神经网络的深度集合以针对这些事件进行选择，并测量所需气体转化轨道的事件角度和误差。我们展示了如何从每个事件的预期调制幅度给出了最佳的加权，以最大限度地提高信噪比的恢复极化。应用这种加权的极大似然事件分析产生的灵敏度（MDP99）比早期的启发式加权方案提高了约10%，并减轻了需要调整所述加权的源频谱。我们将我们的新技术应用于一系列天体物理光谱，包括复杂的极端例子，并将极化恢复与当前最先进的技术进行比较。
2021-07-17 astro-ph.IM
The imaging properties of the Gas Pixel Detector as a focal plane polarimeter
X射线特别适合探测极端物体的物理特性。然而，尽管X射线天文学在成像，光谱学和计时方面取得了巨大的进步，但偏振测量仍然在很大程度上未被探索。我们提出了光电偏振仪气体像素探测器（GPD）作为仪器候选人，以填补超过三十年的缺乏测量的空白。GPD在望远镜的焦点上，将增加几个数量级的灵敏度。此外，由于它可以测量每个单个光子的能量、位置、到达时间和偏振角，因此允许对从光谱、光变曲线或源图像中挑选出的数据子集进行偏振测量。GPD具有固有的非常精细的成像能力，在这项工作中，我们报告了2012年在Garching（德国）马克斯普朗克研究所PANTER X射线测试设施进行的校准活动，其中，我们首次将其耦合到焦距为3.5 m的JET-X光学模块，在4.5 keV下的角分辨率为18 arcsec。这种配置是在2012年提出的X射线成像偏振探测器（XIPE）上，以响应欧空局对小型任务的呼吁。作为XIPE配置的案例研究，我们导出了脉冲星风星云和超新星遗迹等扩展源的成像和偏振性能，还讨论了通过将探测器与先进光学器件耦合可能的改进，具有更精细的角分辨率和更大的有效面积，以更详细地研究扩展对象。
2014-03-27 astro-ph.IM
Gamma Ray polarimetry; a new window for the non-thermal Universe
在过去的几十年里，光子偏振测量领域取得了令人瞩目的进展，特别是在硬X射线和软γ射线能量范围内。对于一些能量最高的天体物理源，如伽马射线暴（GRB）或Blazar，现在可以在能量低于对创建阈值的情况下测量线性偏振度。因此，一个新的窗口已经打开，以了解负责宇宙中一些最具活力的现象的非热发射机制的确切性质。目前仍有许多悬而未决的问题和激烈的争论，例如Blazar的轻子与强子发射模型之间的区别，或GRB的有序与随机场模型之间的区别。由于相互竞争的模型预测了能量高于1 MeV的不同水平的线性光子偏振，因此该能带的伽马射线偏振测量可以提供额外的关键见解。然而，还没有一个用于测量能量超过1 MeV的伽马射线的偏振仪被送入太空，因为探测器的灵敏度受到角分辨率迅速下降和多次库仑散射的严重限制。在过去几年中，提出了一系列旨在克服这些固有困难的建议和示范性文书，前景看好。
2019-09-26 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.IM
Simulation of the Far-Infrared Polarimetry Approach Envisioned for the PRIMA Mission
本文为PRIMA任务的PPI三偏振角KID远红外成像方案构建端到端模拟器，验证其在91–232微米四波段近邻星系观测中可接近基本极限地恢复Stokes I、Q、U。
2025-09-01 astro-ph.IM
A deep ensemble approach to X-ray polarimetry
Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology（卡夫利粒子天体物理与宇宙学研究所）；Stanford University（斯坦福大学）
随着美国宇航局成像X射线偏振探测器（IXPE）的发射，X射线偏振测量法将很快为高能宇宙打开一扇新的窗户。旋光仪目前受到其轨迹重建算法的限制，这些算法通常使用线性估计器并且不考虑单个事件质量。我们提出了一种现代深度学习方法，用于最大限度地提高使用成像偏振仪进行X射线望远镜观测的灵敏度，重点关注IXPE上的气体像素探测器（GPD）。我们使用了一个加权的极大似然组合预测从一个深合奏的ResNets，训练蒙特卡洛事件模拟。我们推导并应用最佳的事件加权最大化的极化信噪比（SNR）的轨道重建算法。对于典型的幂律源光谱，我们的方法改进了现有技术，对于给定的SNR，所需的曝光时间减少了约40%。
2021-11-30 astro-ph.IM cs.CV cs.LG
XPOL-III: a New-Generation VLSI CMOS ASIC for High-Throughput X-ray Polarimetry
虽然PolarLight立方体卫星上的气体像素探测器和成像X射线偏振测量探测器的成功发射和空间运行证明了这类探测器用于天文学X射线偏振测量的可行性和技术可靠性，但显然，目前的技术水平还不足以应付下一代实验的挑战，例如增强型X射线定时和偏振测量任务，其被设计为允许显著更大的数据吞吐量。在本文中，我们描述了一个新的定制，自触发读出ASIC，被称为XPOL-III，专门构思，以解决和克服这些限制的设计和测试。在构建前几代芯片的整体架构的同时，新芯片在几个不同的关键领域比前代芯片有所改进：触发电子器件的灵敏度、读出窗口定义的灵活性以及串行事件读出的最大速度。这些设计上的改进结合在一起，使得每个事件的死时间几乎减少了一个数量级，而探测器的偏振、光谱、成像或计时能力没有可测量的退化，为下一代X射线飞行任务提供了良好的匹配。
2022-10-19 astro-ph.IM
A Large-Area Optical Time Projection Chamber for Hard X-ray Polarimetry with Directional Imaging of Low-Energy Electron Recoils
Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）；INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所大萨索国家实验室）；INFN Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）；IAPS - INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（空间天体物理学和行星学研究所-意大利国家天体物理研究所）
该研究开发了一种用于硬X射线偏振测量的大面积光学时间投影室，通过三重GEM放大和光学读出技术，实现了低能电子方向成像，展示了高灵敏度和高调制因子的光电效应偏振测量能力。
2026-03-06 astro-ph.IM
EXPO: a quantum leap in fast, wide-band X-ray polarimetry for astrophysics
INAF-IAPS（意大利国家天体物理研究所）；IRAP（空间研究与天体物理学研究所）；Univ. Leicester（莱斯特大学）；KTH Royal Institute of Technology（皇家理工学院）；Univ. Tuebingen（蒂宾根大学）；INAF-OAB（意大利国家天体物理研究所）；IAA-CSIC（天体生物学研究所）；Thales-Alenia Space（泰雷兹阿莱尼亚宇航公司）；CBK-PAN（波兰科学院中央天文台）；GSSI（格兰萨索科学研究所）；CTU（捷克理工大学）；Univ. Geneve（日内瓦大学）；DTU（丹麦技术大学）；Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（马克斯·普朗克地外物理研究所）；SRON Space Research Organisation Netherlands（荷兰空间研究组织）；Univ. Bonn（波恩大学）；INFN-LNF（意大利国家核物理研究所）；PRL（物理研究实验室）；UCL-MSSL（伦敦大学学院穆拉德空间科学实验室）；INAF-OAS（意大利国家天体物理研究所）；INAF OAPa（意大利国家天体物理研究所）；University of Liége（列日大学）；Univ. Roma Tre（罗马第三大学）
EXPO是ESA候选X射线偏振任务，通过宽能段、快速重定向等创新设计，拓展X射线偏振测量至硬X射线领域，为天体物理多领域研究提供新观测窗口。
2026-08-24 astro-ph.HE astro-ph.IM
Equalizing the Pixel Response of the Imaging Photoelectric Polarimeter On-Board the IXPE Mission
本文针对IXPE任务中气体像素探测器像素增益约20%的变化问题，提出一种基于等效事件下像素平均电荷比较的均衡方法，以改善径迹重建和能量分辨率。
2023-03-15 astro-ph.IM physics.ins-det
Plasma-Based Etching Approach for GEM Detector Microfabrication at FBK for X-ray polarimetry in space
针对传统GEM制造工艺的局限性，本研究探索在FBK采用RIE等离子体刻蚀方法制作GEM图案，以改善孔纵横比并减少介电体充电，有望提升空间X射线偏振测量的灵敏度。
2024-02-13 astro-ph.IM physics.ins-det
Performance of the X-Calibur Hard X-Ray Polarimetry Mission during its 2018/19 Long-Duration Balloon Flight
X-Calibur是一个球载望远镜，测量15- 50 keV能量范围内的高能X射线的偏振。该仪器利用了X射线优先垂直于偏振方向散射的事实。在InFOCμS硬X射线反射镜的焦点处放置了一个铍散射元件，该元件由像素化的CZT探测器包围。该仪器于2018年12月29日从麦克默多（南极洲）发射了长时间气球（LDB）飞行，并获得了吸积动力脉冲星硬X射线偏振的第一个约束。在这里，我们描述的表征和校准的仪器在地面上，其在飞行过程中的性能，以及粒子背景的模拟和测量率的比较。指向系统和旋光仪实现了良好的投影性能。反符合系统的能量检测阈值被发现高于预期，它表现出意外的死时间。这两个问题将在未来的飞行中得到解决。总体而言，任务性能是标称的，结果将为计划于2022年夏季发射的后续任务XL-Calibur的设计提供信息。
2022-04-20 astro-ph.HE astro-ph.IM
Balloon-borne hard X-ray polarimetry with PoGOLite
PoGOLite是一种工作在25-100 keV能量带的硬X射线偏振计。仪器的设计是为观测紧凑的天体物理源而优化的。观测是在高度约40公里的稳定平流层气球平台上进行的。有效面积减小的仪器的第一次气球飞行的主要目标是螃蟹和天鹅座-X1。入射光子的偏振确定使用符合康普顿散射和光吸收事件重建的塑料闪烁体探测器单元的阵列中包围的锗酸铋氧化物（BGO）侧反符合屏蔽和聚乙烯中子屏蔽。自定义的姿态控制系统使偏振计的视场与感兴趣的目标保持一致，补偿恒星运动和扰动，如气球索具中的扭转力。概述了PoGOLite项目，并讨论了命运多舛的处女气球飞行的结果。
2013-03-08 astro-ph.IM
Deep Ensemble Analysis for Imaging X-ray Polarimetry
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics（哈佛-史密森尼天体物理中心）；Universitá di Pisa（比萨大学）；INFN-Sezione di Pisa（意大利国家核物理研究所比萨分部）
提出了一种提高X射线望远镜成像偏振观测灵敏度的方法，重点研究了成像X射线偏振探测器（IXPE）上的气体像素探测器（GPD）。我们的分析确定光电子方向，X射线吸收点和X射线能量为1-9千电子伏的事件轨迹，统计和模型（重建）的不确定性的估计。我们使用来自ResNet卷积神经网络的深度集成的加权极大似然组合预测，这些预测是在蒙特卡洛事件模拟上训练的。我们定义了一个品质因数来比较在航迹重建算法中极化偏差-方差的权衡。对于幂律源光谱，我们的方法改进了当前计划的IXPE分析（和以前的深度学习方法），有效曝光时间增加了约45%。对于单个能量，我们的方法产生20-30%的绝对改善调制因子模拟100%极化事件，同时保持残留系统调制在1西格玛的有限样本最小值。吸收点的位置和光子能量的估计也显着改善。我们已经验证了我们的方法与实际GPD探测器的样本数据。
2020-10-05 astro-ph.HE astro-ph.IM cs.LG
Graph Neural Networks Trained on Null Signal for Angle Reconstruction in X-ray Polarimetry
Universtitas Mercatorum（Mercatorum大学）；Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学）；INAF-IAPS（意大利国家天体物理研究所-罗马天文物理研究所）
针对X射线偏振测量中探测器数据的非欧几里得特性，提出基于图神经网络（GNN）的方法，仅用非偏振数据训练，通过旋转增强和集成平均减少伪调制，实现光电子发射角重建，并揭示局部重建精度与全局偏振性能的权衡。
2026-06-16 astro-ph.IM
Simultaneous space and phase resolved X-ray polarimetry of the Crab Pulsar and Nebula
蟹状星云脉冲星及其星云是研究最多的天体物理系统之一，是研究高能过程和粒子加速的最有前途的环境之一。他们是唯一的对象，以前的X射线偏振已报告。本文介绍了对蟹状星云脉冲星和星云的首次成像X射线偏振探测器（IXPE）观测。脉冲星在[2-8] keV能量范围内的脉冲发射是非偏振的。仅在主峰的核心中检测到高达15%的显著极化。星云的总空间积分偏振度为20%，偏振角为145度。偏振图显示了局部偏振的大变化，以及偏振度高达45- 50%的区域。极化模式表明存在一个占主导地位的环形磁场。
2022-07-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
Handling Background in IXPE polarimetric data
IXPE（Imaging X-ray Polarimetry Explorer）是NASA和ASI于2021年12月9日发射的小型探测器任务，致力于研究X射线偏振测量，允许在2- 8 keV能量带进行角度，时间和能量分辨观测。IXPE自2022年1月以来一直处于科学观测阶段;它由三个相同的望远镜组成，每个望远镜都有掠入射镜，每个望远镜的焦平面上都有一个气体像素探测器（GPD）。在本文中，我们提出了一个可能的准则，以获得最佳的背景选择极化分析，和拒绝策略，以消除仪器背景。这项工作是基于IXPE观测的分析，旨在尽可能提高偏振灵敏度。特别是，所制定的战略已被应用“作为一个案例研究”的4U 0142+61磁星的IXPE观测。
2023-02-06 astro-ph.HE astro-ph.IM
Electron Track Reconstruction and Improved Modulation for Photoelectric X-ray Polarimetry
光电X射线偏振测量的关键是确定光电子的发射方向。由于电子的质量较低，电离轨迹不是直的，偏振测量所需的有用信息主要存储在轨迹的初始部分，其中沉积的能量较少。我们提出了一种新的算法，基于图论中的最短路径问题，重建的二维电子轨迹从测量图像是模糊的，由于横向扩散沿漂移和乘法在气室。与以往的基于矩分析的方法相比，该算法能够更准确地识别高能光子或低压腔产生的复杂径迹的光电相互作用点。这导致更好的位置分辨率和对高能X射线的更高程度的调制。新的算法是合理的，使用模拟和测量与气体像素检测器（GPD），它也应该工作的其他偏振技术，如时间投影室（TPC）。由于这种改进局限于高能带，这种新算法对GPD偏振计的灵敏度的改进有限，但它可能对低压TPC偏振计具有更大的潜力。
2017-03-28 astro-ph.IM hep-ex physics.ins-det
AstroPix: Investigating the Potential of Silicon Pixel Sensors in the Future of Gamma-ray Astrophysics
本文详细介绍了单片硅探测器ATLASPix的初步光子测量，ATLASPix是为CERN实验ATLAS构建和优化的像素探测器。本文的目标是确定像素化硅在未来空间伽马射线实验中的前景。考虑到这一目标，放射性光子源被用来确定ATLASPix的能量分辨率和探测器响应;这些是ATLASPix的新测量，ATLASPix是为地面粒子加速器建造的探测器。作为该项目的一部分，一个新的迭代单片硅像素，命名为AstroPix，已创建基于ATLASPix，并最终的目标是进一步优化AstroPix的伽玛射线探测通过构建一个原型Compton telescope.The能量分辨率的数字和模拟输出的ATLASPix是本文的重点，因为它是一个关键的康普顿望远镜的度量。结果发现，在探测器的模拟输出下，单个像素的能量分辨率在5.89 keV时为7.69 +/- 0.13%，在30.1 keV时为7.27 +/- 1.18%，这超过了60 keV时10%分辨率的保守基线要求，并且是一个令人鼓舞的开始，以实现60 keV时<2%分辨率的乐观目标。整个探测器的数字输出始终产生超过100%的不同来源的能量分辨率。单片硅像素的模拟输出表明，这是一个有前途的技术，为未来的伽马射线任务，而数字输出的分析点，需要重新设计未来的光子敏感单片硅像素探测器。
2021-01-12 astro-ph.IM
The gas pixel detector as a solar X-ray polarimeter and imager
太阳是最近的天体物理源，在X射线波段发射非常强烈。对太阳耀斑等高能事件的研究可以帮助我们了解恒星磁场的行为。在文献中发表了许多关于偏振预测的研究，对于涉及热和/或非热过程发射的各种太阳耀斑模型，但在X射线波段的观测从未详尽无遗。气体像元探测器（GPD）是为实现远天体物理源的X射线偏振测量和X射线成像而设计的。在这里，我们提出的可能性，采用这种仪器的观测我们的太阳在X射线波段。
2011-11-28 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Characterization of a novel pixelated Silicon Drift Detector (PixDD) for high-throughput X-ray astrophysics
多像素快速硅探测器代表了下一代空间实验的赋能技术，这些实验专门用于低通量致密宇宙源的高分辨率光谱定时研究。几种基于帧积分的成像探测器已被开发为用于空间飞行任务的X射线焦平面器件，但是，当耦合到大面积集中器X射线光学器件时，这些探测器受到强烈的堆积和死区时间效应的影响，从而限制了时间和能量分辨率以及整个系统的灵敏度。因此，在实现具有快速、逐光子响应和接近Fano限制的能量分辨率的用于软X射线的像素化硅探测器的能力方面的当前技术差距转化为适用于高通量X射线天文学应用的稀疏读出传感器的不可用性。在ReDSoX意大利合作的框架内，我们开发了一种新的稀疏读出像素化硅漂移探测器，其在0.5-15 keV的能量范围内工作，在室温或适度冷却（$\sim$ 0 °C至+20 °C）下具有接近Fano限制的能量分辨率（$\leq$ 150 eV FWHM@6 keV）。在本文中，我们提出了第一个16像素（4 $\times$ 4）漂移探测器原型（PixDD）的设计和实验室表征，读出个别超低噪声电荷敏感前置放大器（SIRIO），我们讨论了未来的PixDD原型的发展。
2018-08-29 astro-ph.IM
LAMP: a micro-satellite based soft X-ray polarimeter for astrophysics
轻型不对称和磁性探测器（LAMP）是一个专门用于天文学X射线偏振测量的微型卫星飞行任务概念，目前正在进行早期研究。它由分段抛物面多层反射镜组成，收集面积约为1300平方厘米，可反射和聚焦250 eV的X射线，这些X射线将被焦平面上的位置敏感探测器探测到。LAMP的主要目标包括恒星表面的热辐射和耀变体中相对论喷流产生的同步辐射。在预期的灵敏度下，它将使我们能够检测偏振，或者为大约10颗恒星和20颗耀变体设置严格的上限。除了测量这些物体的磁结构外，LAMP还将使我们能够发现裸夸克星（如果存在的话），其热发射预计是零偏振的，而来自中子星的热发射被认为是高度偏振的，这是由于等离子体极化和量子电动力学（QED）效应。在这里，我们提出了一个概述的任务概念，其科学目标和模拟观测结果。
2015-09-15 astro-ph.HE astro-ph.IM
Polarisation Leakage due to Errors in Track Reconstruction in Gas Pixel Detectors
本文研究了GPD中X射线光子吸收点重建误差与电场矢量方向相关性导致的偏振泄漏效应，提出了稳健的数学形式来处理该问题，并展示了其对IXPE测量及扩展源建模的相关性。
2023-02-07 astro-ph.HE astro-ph.IM hep-ex
A Focal-plane X-ray Polarimeter with Spectral and Timing Capabilities for Future Missions
INAF Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所）；Physikalisches Institut, Universität Bonn（波恩大学物理研究所）；Padua University（帕多瓦大学）；Università di Ferrara（费拉拉大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
该研究研发了一种兼具光谱与计时能力的焦平面X射线偏振计原型，基于Ar/DME气体和Timepix3读出ASIC，可在2-30 keV波段实现高灵敏度偏振测量，适配未来高能天体物理观测任务。
2026-08-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
The enhanced X-ray Timing and Polarimetry mission - eXTP
在本文中，我们介绍了增强的X射线计时和偏振测量任务- eXTP。eXTP是一项空间科学任务，旨在研究密度，重力和磁性极端条件下的基础物理学。该任务旨在确定超核密度下物质的状态方程，测量QED的影响，并了解强场引力下物质的动力学。除了研究基础物理学之外，eXTP还将成为一个非常强大的天体物理学观测站，将对各种银河系和河外天体进行前所未有的质量观测。特别是，它的广域监测能力将有助于探测引力波源的电磁对应物。该文件详细介绍了：（1）科学有效载荷仪器的技术和技术方面以及预期性能;（2）从航天器到地面部分的飞行任务的要素和功能。
2018-12-10 astro-ph.HE astro-ph.IM
ASTENA: a mission concept for a deep study of the transient gamma-ray sky and for nuclear astrophysics
伽马射线天文学是一个潜力尚未得到充分开发的分支。超新星爆炸中元素和同位素丰度的观测不仅是恒星结构和演化的关键探测器，也是理解Ia型超新星作为宇宙膨胀性质研究标准烛光的物理学的关键探测器。尽管它的关键作用，核天体物理学仍然是一个探索不足的领域，主要是典型的发射线强度正在消失小，需要非常高的灵敏度的望远镜。此外，尽管人们已经测量到了511 keV的正电子湮没线的银河系膨胀主导强度，但由于亚MeV能区常用仪器的角分辨率和灵敏度不够，其起源仍然是一个谜。为了回答这些科学问题，需要相对于现有仪器在灵敏度和角分辨率方面的跳跃。在欧盟AHEAD项目范围内，提出了一项新的高能飞行任务，能够解决前面提到的问题。这一任务概念名为ASTENA（瞬态事件和核天体物理学高级探测器），包括两个仪器：一个具有成像和光谱能力的宽视场监测器（WFM-IS，2 keV - 20 MeV）和一个窄视场望远镜（NFT，50 - 700 keV）。得益于角分辨率、灵敏度和大视场的组合，ASTENA将成为硬X射线和软伽马射线能带的突破，也使该能带的偏振测量成为可能。在这次演讲中，讨论了任务的科学目标，描述了有效载荷配置，并显示了观察关键目标的预期性能。
2022-11-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
XIPE: the X-ray Imaging Polarimetry Explorer
X射线偏振测量有时单独进行，有时与光谱和时间变化测量以及成像相结合，可以研究天体物理学中的大量物理现象。X射线偏振测量法研究加速过程，例如，包括太阳耀斑中典型的磁重联，以及中子星和白矮星的强磁场中的辐射。它探测非对称结构中的散射，如吸积盘和圆柱，以及所谓的分子环面和电离锥。此外，它还可以探测地球上的实验无法获得的重力和磁场强度方面的基本物理。最后，可以测试描述基本相互作用（例如，量子引力和标准模型的扩展）的模型。在本文中，我们描述了X射线成像偏振探测器（XIPE），在2012年6月提出的第一个欧空局要求在2017年发射一个小型任务，但没有选择。XIPE由现有的三个JET-X望远镜中的两个组成，其中两个气体像素探测器（GPD）在焦点处充满了He-DME混合物，另外两个GPD充满了面向太阳的加压Ar-DME。在10E5 s（2 - 10 keV）内，1 mCrab的最小可探测偏振为14%，X10级耀斑的最小可探测偏振为0.6%。在PANTER X射线测试设施（MPE，德国）使用JET-X光学器件测量的半能量宽度为24弧秒。XIPE利用以马林迪为下行链路站的低地赤道轨道和巴西国家空间研究所的飞行任务运行中心。
2013-09-26 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
The Instrument of the Imaging X-ray Polarimetry Explorer
自1962年发现第一个非太阳源以来，X射线光谱学、计时和成像技术有了很大的发展，特别是随着Newton/X射线多镜任务、Rossi/X射线计时探测器和Chandra/高级X射线天体物理设施的发射，X射线偏振测量技术的进展一直很小。这部分是由于缺乏灵敏的偏振探测器，部分是由于批准的任务的命运，部分是因为天体X射线源的偏振程度低于预期。到目前为止，只有一个积极的测量结果。事实上，第八轨道太阳天文台在70年代测量了蟹状星云的偏振。微电子技术的出现允许设计基于气体中的光电效应的检测器，在该能量范围内光学器件在聚焦X射线方面是有效的。在此，我们描述了该仪器，这是意大利合作对名为IXPE的SmallExplorer任务的主要贡献，IXPE是成像X射线偏振测量探测器，将于2021年底飞行。该仪器由三个基于该技术的探测器单元和一个探测器服务单元组成。马歇尔太空飞行中心提供的三个反射镜模块将X射线聚焦到探测器上。在下文中，我们将展示技术选择，其科学动机和仪器校准的结果。IXPE将在2-8 keV能量带进行成像、定时和能量分辨偏振测量，从而为几乎所有类别的数十个天体源打开X射线天文学的窗口。
2021-07-31 astro-ph.IM
Development of the X-ray polarimeter using CMOS imager: polarization sensitivity of a $1.5~{\rm μm}$ pixel CMOS sensor
本研究针对cipher项目开发X射线成像偏振仪，通过光束实验评估佳能1.5μm像素CMOS传感器的调制因子，其在6–22keV范围超2.5μm传感器，还推断探测层厚度，为更灵敏偏振仪开发提供方向。
2024-05-29 astro-ph.IM
High-sensitivity Kinetic Inductance Detector Arrays for the Probe Far-Infrared Mission for Astrophysics
本研究开发了低体积铝动态电感探测器（KID）阵列以满足PRIMA远红外任务的高灵敏度要求，在1008像素阵列中73%的像素达到了低于1 x 10-19 W/rtHz的噪声等效功率。
2024-05-29 astro-ph.IM physics.ins-det
A Study of background for IXPE
焦平面X射线偏振测定法适用于相对明亮的光源，背景影响可忽略不计。然而，对于IXPE（成像X射线偏振探测器）来说，当观察像超新星遗迹这样的微弱扩展源时，这可能并不总是可能的。我们提出了第一次预期的背景IXPE的蒙特卡罗模拟和它的影响，实际观测的点和扩展的X射线源。采用基于GEANT4框架的蒙特卡罗方法对背景进行了模拟。对航天器和探测器单元进行了建模，并对IXPE轨道环境中的预期背景成分进行了评估。我们研究了不同的背景抑制技术的基础上收集的轨迹分析的气体像素探测器上IXPE。估计的背景大约比要求大2.9倍，但在观察点状源时仍然可以忽略不计。尽管很小，但对超新星遗迹的影响表明，需要对扩展源进行背景扣除。
2021-02-12 astro-ph.IM
The Wide Field Monitor (WFM) of the China-Europe eXTP (enhanced X-ray Timing and Polarimetry) mission
本文概述eXTP任务中由西班牙主导的宽视场监视器（WFM），一种基于LOFT设计的2-50 keV编码掩膜X射线监视仪，用于触发目标机遇观测并发现瞬变源。
2024-11-05 astro-ph.HE astro-ph.IM
Performance of a focal plane detector for soft X-ray imaging spectroscopy based on back-illuminated sCMOS
光谱聚焦阵列（SFA）和偏振聚焦阵列（PFA）是增强型X射线定时和偏振测量任务（eXTP）的两大有效载荷。在SFA和PFA中实现了嵌套\RNum{1} X射线反射镜模块，以获得高的有效面积。在评价反射镜模块的性能时，X射线反射镜模块的光轴与准平行X射线束的对准是确保结果准确性的前提。因此，为了辅助X射线镜模块的对准，基于背照式科学互补金属氧化物半导体晶体管（sCMOS）传感器GSENSE 6060 BSI设计了X射线焦平面探测器，GSENSE 6060 BSI是由\textit{Gpixel Inc}生产的最大探测区域之一。利用自行研制的多靶荧光X射线源，在100 m长的X射线测试装置上，对探测器的读出噪声、暗电流和分裂像元事件特性进行了研究。利用单像元事例进行了能量标定，得到了探测器的能量非线性。最后，对基于该光学模型的eXTP反射镜组件进行了仿真，并对为\textit{EP/FXT}（Einstein Probe/Follow-up X射线望远镜）设计的Wolter-\RNum{1} X射线反射镜组件进行了Burkert检验。
2021-11-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Optimization of <= 200 um pitch CZT detectors for future high-resolution X-ray instrumentation in astrophysics
碲锌镉和碲化镉是探测E >= 5 keV的X射线能量带中X射线的首选探测器材料，具有出色的空间和光谱分辨率，无需低温冷却。由于最近在掠入射反射镜技术方面的突破，下一代硬X射线望远镜将实现5至10角秒的角分辨率-比NuSTAR硬X射线望远镜的角分辨率高出一个数量级。因此，下一代X射线望远镜将需要像素化的X射线探测器，其像素位于晶格常数<= 250 μ m的网格上。额外的探测器要求包括小于5 keV的低能量阈值和小于1 keV的能量分辨率。高角分辨率X射线飞行任务的科学驱动力包括研究和测量黑洞自旋、超大质量黑洞的宇宙演化、活动星系核反馈以及物质在非常高密度下的行为。在这篇文章中，我们报告了我们的研发研究，目标是优化小像素碲锌镉和碲化镉探测器。
2015-01-14 astro-ph.IM physics.ins-det
Development of Solar Flare X-ray Polarimeter with Micro-Pixel CMOS Sensors
本研究研制了基于微像素CMOS传感器的太阳耀斑X射线偏振仪，通过同步辐射实验测得其6-22 keV能段调制因子5-15%、10 keV量子效率3-4%，搭配10 cm²有效面积望远镜可探测M级耀斑的弱偏振信号。
2025-09-04 astro-ph.IM
Mitigating Polarization Leakage in Gas Pixel Detectors through Hybrid Machine Learning and Analytic Event Reconstruction
本文提出融合机器学习与解析技术的混合事件重建算法，以改进气体像素探测器光电子径迹重建，并在定标和IXPE观测中验证其可显著缓解偏振泄漏。
2025-06-09 astro-ph.IM
A Review of X-ray Microcalorimeters Based on Superconducting Transition Edge Sensors for Astrophysics and Particle Physics
综述了基于超导跃迁边缘传感器（TES）的X射线微量热计在天体物理和粒子物理中的应用。我们将展示在理解探测器物理方面的进展，并描述TES设计中的最新突破，这些突破为制造和读出具有前所未有的能量分辨率的超大阵列像素开辟了道路。将描述用于空间和地面实验的最具挑战性的低温仪器。
2022-10-13 astro-ph.IM cond-mat.supr-con
Effectiveness Study of Calibration and Correction Algorithms on the Prototype of the POLAR-2/LPD Detector
本研究针对POLAR-2/LPD探测器原型，提出结合参数化、蒙特卡洛模拟与贝叶斯迭代的算法，有效消除系统效应导致的残余调制，校正后调制度提升2%-15%，且在5 keV以上性能优于IXPE。
2024-07-19 astro-ph.IM hep-ex
Wide-Field X-ray Polarimetry for High Energy Astronomical Transients: First results of the pathfinder CXPD Cubesat Mission
Guangxi University（广西大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Central China Normal University（华中师范大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering（北京空间环境工程研究所）；China Electronics Technology Group Corporation (CETC)（中国电子科技集团有限公司）
该研究通过CXPD立方体卫星（LPD原型机）验证宽视场X射线偏振测量关键技术，完成在轨验证并观测两个X射线源获偏振约束，首次实现反符合探测器在轨本底抑制，为POLAR-2的LPD开发提供指导。
2025-11-17 astro-ph.IM
