Analysis of Polarimetry Data with Angular Uncertainties
对于基于轨道的偏振计，例如成像X射线偏振测量探测器（IXPE），对偏振的灵敏度取决于调制因子，调制因子是能量的强函数。在以前的工作中，开发了一种可能性方法，将占这种变化，以估计最小可检测的偏振（MDP）。这种方法基本上要求精确地知道各个事件的位置角。然而，在另一项工作中，研究表明，使用机器学习方法测量事件轨迹可能会产生轨迹角度的不确定性，这些不确定性可以用于分析。这里，极大似然方法被用作以一般方式修正MDP的估计的基础，该一般方式可以包括事件轨迹位置角中的不确定性。所得到的MDP仅取决于输入数据中存在的轨迹角不确定性的分布。由于IXPE探测器的物理特性，可以推导出这些角度不确定性与能量相关调制函数之间的简单关系，作为该过程中的一个步骤。
2021-07-22 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
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
Calibration of the IXPE focal plane X-ray polarimeters to polarized radiation
IXPE（成像X射线偏振探测器）是美国宇航局与意大利航天局（ASI）合作的一项小型探测器任务，致力于2- 8 keV能量带的X射线偏振测量。IXPE望远镜包括三个掠入射反射镜模块，耦合到三个检测器单元，每个检测器单元托管一个气体像素检测器（GPD），该气体检测器允许通过使用光电效应测量偏振度。在意大利的INAF-IAPS对IXPE探测器单元进行了广泛和准确的地面校准，并为此建立了专门的设施。在本文中，我们提出了从这个校准活动中获得的结果，研究IXPE焦平面探测器对偏振辐射的响应。特别是，我们报告的调制因子，这是主要的参数，以估计偏振计的灵敏度。
2022-06-15 astro-ph.IM
Instruments for Focal Plane X-Ray Polarimetry in the Next Decade
Istituto Nazionale di Astrofisica - Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali（意大利国家天体物理研究所-天体物理学与行星科学研究所）；Thales Alenia Space Italia S.p.A.（泰雷兹阿莱尼亚太空意大利公司）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步辐射中心）；Physical Research Laboratory（物理研究实验室）
针对IXPE任务能段有限的问题，提出基于多层镜和堆叠仪器的焦平面偏振计，将能量范围扩展至数十keV，提升灵敏度和降低背景，有望快速实现空间应用。
2026-06-19 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
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
The Telescope Calibration of the Imaging X-ray Polarimetry Explorer
本文介绍了IXPE任务发射前对飞行备用望远镜的校准，证明可由独立组件校准数据合成望远镜校准，无需耗时昂贵的端到端校准。
2025-05-01 astro-ph.IM
A Pipeline for the AI-Assisted Analysis of Imaging X-ray Polarimetry Explorer Observations of Black Hole X-ray Binaries and Limits on Their Polarization Variability
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）；Washington University in St. Louis McDonnell Center for the Space Sciences and Center for Quantum Leaps（华盛顿大学圣路易斯分校麦克唐纳空间科学中心与量子跃迁中心）
本文提出一种结合AI智能体、不可变代码库与知识库的IXPE数据分析流程，将其应用于黑洞X射线双星观测，对比已发表结果并搜索偏振变异性，还讨论了流程性能与改进方向。
2026-10-14 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.data-an
Ray-tracing a small orbital mission for soft-X-ray polarimetry
X射线偏振测量法在很大程度上仍是未知领域。随着IXPE的即将发射，我们将更多地了解能量超过2 keV的X射线偏振，但到目前为止，还没有任何当前或公认的任务提供低于2 keV的观测能力。我们目前的射线跟踪结果的一个小的轨道任务，可以在美国宇航局的先锋或SmallSat的成本上限，以提供低于2千电子伏的X射线偏振。该设计基于横向渐变多层（ML）反射镜的使用，这是我们在理论上为REDSoX偏振计开发的一个概念，其中大部分组件已在实验室中得到验证。在这篇文章中，我们描述了一个单通道轨道任务的基础上相同的想法，但修改的独特的成本和空间要求。所有的结果都很容易扩展到两个或更多的偏振通道。放大将简单地增加有效面积，并减少旋转仪器以测量不同偏振方向的需要。特别地，我们使用光线轨迹来定义色散光栅的最大尺寸并确定对准预算。
2020-11-30 astro-ph.IM
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
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
The IXPE Instrument Calibration Equipment
成像X射线偏振探测器是一项致力于测量来自数十个不同类别天体物理源的X射线偏振的任务。预计将于2021年底发射，有效载荷包括三个反射镜和三个焦平面成像偏振计，后者在意大利设计和制造。虽然校准始终是高能空间飞行任务开发的一个重要阶段，但对于IXPE来说，校准对偏振的响应（这是IXPE特有的）和实现低于预期灵敏度的统计不确定性都特别广泛。在本文中，我们提出的校准设备，设计和建造的INAF-IAPS在罗马，意大利，偏振敏感的焦平面探测器上IXPE的校准。设备包括偏振和非偏振校准源、校准和移动光束的平台、测试探测器及其机械组件。虽然所有这些设备都是为了满足IXPE仪器校准的特定需求而设计的，但它们的多功能性也可以在未来用于其他项目。
2021-11-03 astro-ph.IM physics.ins-det
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
The legacy of the IXPE instrument and prospects for the next generation of polarimetric photoelectric X-ray detectors
本研究针对IXPE X射线成像偏振探测暴露的探测器升级需求，研发基于GridPix的下一代三维光电子径迹偏振计，并通过质子束辐照实验验证了ASIC抗辐射性及测试设施的可控运行能力。
2025-09-02 astro-ph.HE astro-ph.IM
ESA Voyage 2050 white paper: A Polarized View of the Hot and Violent Universe
自X射线天文学诞生以来，在对炽热而猛烈的X射线宇宙的成像、光谱和计时研究方面取得了惊人的进展，预计未来还会有进一步的飞跃。另一方面，偏振测量则非常落后：在OSO-8于70年代对蟹状星云和天蝎座X-1进行测量之后，即使在硬X射线和软伽马射线中获得了一些有趣的结果，也没有在经典X射线波段进行更多的观测。计划于2021年发射的NASA/ASI任务IXPE将首次提供2-8 keV波段的成像X射线偏振测量，这要归功于其光电偏振计，加上~ 25“角分辨率X射线镜。它的数量级的灵敏度改善OSO-8布拉格偏振计意味着科学上有意义的偏振测量，至少最明亮的样品的大多数类的X射线源。2027年，中国领导的eXTP任务也将启动。除了计时和光谱仪器外，eXTP还将配备与IXPE非常相似的光电偏振计，但总有效面积要大2-3倍。在IXPE结果的基础上，eXTP将增加可以获得重要偏振测量的源的数量。然而，要使X射线偏振测量达到成熟阶段，还需要进一步的研究，如探索更宽的能量范围、考虑更大的有效面积、提高角分辨率和进行宽场偏振测量等。在本白皮书的第一部分，我们将讨论一些科学案例，其中下一代X射线偏振测量任务可以提供重大进展。在第二部分，一个中等的下一代X射线偏振测量（NGXP）任务的可能的概念将被勾勒出来。
2019-10-22 astro-ph.HE astro-ph.IM
In-flight performance of the IXPE telescopes
本文全面表征了IXPE三台望远镜的在轨成像性能，发现其PSF和角分辨率在30个月内高度稳定，平均HPD为26-32角秒，满足任务要求，并排除了显著的光学诱导偏振退化，保障了至2030年的空间分辨偏振测量能力。
2025-10-08 astro-ph.IM
The future of X-ray polarimetry towards the 3-Dimensional photoelectron track reconstruction
本文面向下一代X射线偏振探测，基于Geant4模拟和TIMEPIX3三维读出提出光电子径迹重建算法，显著提升2–8 keV尤其2–4 keV波段的调制因子。
2023-09-29 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
Commercially fabricated antenna-coupled Transition Edge Sensor bolometer detectors for next generation Cosmic Microwave Background polarimetry experiment
我们报道了用于宇宙微波背景（CMB）偏振测量实验的商用多色天线耦合跃迁边缘传感器（TES）测辐射热计阵列的研制。下一代CMB实验中探测器数量的数量级增加需要一种新的探测器晶片生产方法来增加制造吞吐量。我们描述了与商业超导电子制造设施（SeeQC，Inc.）以制造天线耦合TES测辐射热计探测器。我们已经成功地制造了一个业务的双偏振，二向色性的正弦天线耦合TES探测器阵列上的150毫米直径的晶圆。所制备的探测器阵列的平均成品率为95%，并且具有良好的均匀性。RF特性和TES测辐射热计特性都适合于CMB观测。我们成功地制造了不同类型的TES测辐射热计优化的频率复用读出，时域复用读出，和微波SQUID复用读出。我们还展示了高产量。我们讨论的动机，设计考虑，制造过程中，测试结果，以及如何工业探测器制造可能是一个路径，以制造数百个探测器晶片未来CMB偏振实验。
2019-12-30 astro-ph.IM
Polarization Leakage and the IXPE PSF
Stanford University（斯坦福大学）
本文提出了一种描述和校正IXPE卫星偏振泄漏的模型，通过改进点扩散函数提升弱源检测和图像重建的准确性。
2024-09-23 astro-ph.HE astro-ph.IM
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
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
Analysis of the data from photoelectric gas polarimeters
本文回顾了IXPE等X射线光电气体偏振计的数据分析工具，详细阐述了从光电子径迹图像提取偏振信息的方法，并论证了基于Stokes参数的分析在处理真实天体源光谱偏振测量中的优势。
2022-04-27 astro-ph.IM
Polarization and Polarimetry: A Review
偏振是光的基本性质，并且从根本上与辐射源的内部几何形状相关联。偏振测量补充了对辐射源的光度、光谱和成像分析，并使多个天体物理学发现成为可能。在这篇文章中，我回顾了（i）偏振的物理基础：电磁波、光子和参数化;（ii）偏振的天体物理学来源：散射、同步辐射、有源介质、塞曼效应、戈德赖希-凯拉夫斯效应和汉勒效应，以及偏振与物质之间的相互作用（如双折射、法拉第旋转或法拉第-费米效应）;（iii）观测方法：天空几何学、大气和仪器极化的影响、极化统计学以及无线电、光学和X/伽马波长的观测技术;及（iv）天文偏振测量的科学个案：太阳及恒星物理学、行星系统天体、星际物质、天体生物学、天文微波激射器、天文雷达、银河磁场、伽马射线暴、活动星系核及宇宙微波背景辐射。
2014-01-09 astro-ph.IM
Modeling dielectric half-wave plates for cosmic microwave background polarimetry using a Mueller matrix formalism
我们推导出一个解析公式，使用Mueller矩阵形式主义，参数化的非理想性的半波片（HWP）由介电抗反射涂层双折射板。该模型考虑了垂直入射时的频率相关效应，包括由电介质边界处的反射驱动的效应。该模型还可用于指导使用HWP的仪器的表征。我们讨论了HWP与不同源光谱的耦合，以及这种效应对SPIDER宇宙微波背景实验前景去除的潜在影响。我们还描述了一种方法来使用这个模型的映射算法，完全纠正HWP非理想。
2011-06-22 astro-ph.CO astro-ph.IM
XL-Calibur Polarimetry of Cyg X-1 Further Constrains the Origin of its Hard-state X-ray Emission
本研究利用XL-Calibur球载望远镜2024年的观测数据，得到了黑洞X射线双星Cyg X-1硬态下硬X射线的最精确偏振约束，结果与IXPE的软X射线测量一致，为宽波段辐射起源模型提供了独立约束。
2025-07-30 astro-ph.HE astro-ph.IM
IXPE and XMM-Newton observations of the Soft Gamma Repeater SGR 1806-20
本文报告了 SGR 1806-20 的 IXPE 和 XMM-Newton 联合观测，发现该源处于历史最低持续通量水平，并在 4-5 keV 能段探测到偏振信号，与磁层中共振康普顿散射再处理热辐射的图景相符。
2023-08-02 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
Design of Dual-Polarization Horn-Coupled Kinetic Inductance Detectors for Cosmic Microwave Background Polarimetry
绘制宇宙微波背景的偏振图，正在产生关于宇宙起源、宇宙再电离和宇宙结构增长的令人兴奋的数据。千像素阵列代表了目前的技术水平，但需要在探测器技术方面取得进展，以实现未来测量所需的更大探测器阵列。在这里，我们提出了一种设计单波段双极化动力学电感检测器（KID）在20%的带宽集中在145，220和280 GHz。检测和读出系统几乎与最近由一些作者建造和测试的成功的光子噪声限制的铝集总元件KID相同。制作大型焦平面阵列的馈电喇叭和四分之一波长backshorts只需要传统的精密加工。由于探测器和读出线仅由SOI晶片上的单个图案化铝层组成，因此可以在商业上或在标准的大学洁净室中构建探测器阵列。
2015-03-16 astro-ph.CO 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
Imaging polarimetry of the Bok globule CB56
博克球状体区域背景星的偏振测量对于研究球状体中的磁场几何和尘埃颗粒特征具有重要意义。这些参数对暗云的形成和演化有重要意义。我们在IUCAA Girawali天文台（IGO）的2米望远镜上用R-滤波器对博克球状体CB 56进行了偏振观测。观测于2011年3月4日和5日进行。分析从仪器（IFOSC）获得的CCD图像，以产生博克球CB 56的偏振图。
2012-06-07 astro-ph.GA astro-ph.IM
Development of hafnium-based transition edge sensor bolometers for cosmic microwave background polarimetry experiments
针对下一代CMB极化实验对大量高性能探测器的需求，研发了铪基TES测辐射热计，通过加热溅射沉积调控Tc，具备高热预算、陡峭超导转变等优势，兼容多种读出系统。
2024-10-08 astro-ph.IM physics.ins-det
