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1 2006 年度課題研究 P6 すざくSWG phaseの XIS 観測データの解析及びデータベースの作成 2007 年 3 月 19 日小川恵美子佐野武

2 もくじ 1 目的 2 すざく衛星と検出器 3 解析 ( スペクトル, ライトカーブ, イメージ ) 4 データベース作成 5 作成したデータベースから得られた成果

3 我々の課題研究の目的 すざくの SWG phase ( 約 1 年間 ) の XIS 観測データを全て解析し イメージ スペクトル ライトカーブのデータベースを作成する 立教大学がすでに作成しているデータベースよりも詳しく 使いやすいものを目指す 作成したデータベースの膨大なデータの中から 今まで知られていなかった, 天体のエネルギーごとの構造やライトカーブの変化など, 興味深い現象を探し出す

4 すざく衛星 (Astro-E2) 2005 年 7 月 10 日打ち上げ はくちょう(1979 年 ) てんま(1983 年 ) ぎんが (1987 年 ) あすか(1993 年 ) に続く我が国 5 番目のX 線天文衛星 広いエネルギー領域 ( keV) にわたる高感度での観測が特徴 高解像度のチャンドラ 集光面積の大きいXMM に対し エネルギー帯域が広く高感度のすざくは相補的な役割

5 すざく搭載機器 X 線望遠鏡 (XRT) X 線 CCD カメラ (XIS) *5 台搭載 * 軟 X 線検出器 *0.2-12keVのエネルギー帯域をカバー X 線マイクロカロリメータ (XRS) * 高分解能 X 線検出器 * 事故により観測不可能 硬 X 線検出器 (HXD) *10-700keV の高エネルギーの X 線を観測

6 XIS (X-ray Imaging Spectrometer) すざくに搭載されている X 線 CCD カメラ 4 台 (xis0,xis1,xis2,xis3) 搭載 宇宙線による background が低い 性能 視野 エネルギー帯域 kev 有効画素数 エネルギー分解能 ~130 6keV 有効面積 (XRT-I 込み ) 340 cm 2 (FI), 390 cm kev 350 cm 2 (FI), 100 cm 2 8 kev 時間分解能 8 s (Normal mode)

7 FI カメラと BI カメラ xis0,2,3 表面照射型 (FI) カメラ 高エネルギー X 線の検出効率 xis1 裏面照射型 (BI) カメラ 低エネルギー X 線の検出効率 表面照射型 =FI CCD (Frontside Illuminated) 裏面照射型 =BI CCD (Backside Illuminated)

8 解析の流れ cleaned event file cleansis,xselect image FITS file ds9 イメージ (jpeg 画像 ) PI FITS file grppha ビンまとめした PI FITS file xspec スペクトル (gif 画像 ) ライトカーブ (gif 画像 )

9 ライトカーブ解析の方針 エネルギー 2 バンドに (0.3~2keV 2~10keV) カメラはBIとFIの2 種 合計 4 枚のグラフ binまとめは一律 160sで解析 特にデータの少ない天体に関してはライトカーブとして役に立つように個別に修正 cleaned event file cleansis xselect ライトカーブ画像 (4 種類 )

10 ライトカーブの一例 銀河団 A2218 BI FI 0.3-2keV 2-10keV 240

11 スペクトル解析の方針 BI と FI の比較ができるよう, 一枚の画像にまとめ fitting は wabs*powerlaw モデル wabs*mekal モデルの 2 種 残差も表示 13 種のエネルギーバンド (0.4~12keV,0.4~2keV, 2~10keV) での flux 2Fitting のパラメータをデータベースに表示 cleaned event file cleansis xselect PI FITS file grppha binまとめしたpha file xspec gif 画像 (5 種類 )

12 fitting (wabs モデル ) X 線が星間物質によって受ける光電吸収のモデル 光電吸収を受ける確率は A( E) = exp( NH * σph( E)) パラメーターは NH のみ 元素組成比は太陽と同じと仮定 銀河系の中にある低温ガスによって 観測される X 線スペクトルはO,Ne,Mgなどによって吸収を受けて低エネルギー側で下がる

13 fitting (powerlaw モデル ) A ( E) = KE α パラメーターは 1 K:normalization 単位時間, 単位エネルギー, 2α:photon index 無次元量の2つ log-logスケールでは傾き-αの直線

14 fitting (mekal モデル ) 光学的に薄い高温プラズマからの放射 元素放射ラインのある熱制動放射を表すモデル パラメータ 1kT(keV) ( プラズマ温度 ) 2normalization ➂abundance ( 金属元素の比が太陽の何倍か ) としてfittingを行った

15 スペクトルの一例 Cyg X-1 のスペクトル 青が BI, 赤が FI 240 枚

16 Fitting の一例 wabs*powerlawによるfitting 例 ( かに星雲 ) wabs*mekalによるfitting 例 ( ケンタウルス座銀河団 )

17 イメージ解析の方針 エネルギーバンドは 3 つに (0.3~2keV 2~10keV 6~7keV) カメラは 2 種に (BI と FI) 合計 6 枚のイメージ 暗い天体も見つけやすく scale は log max,min はデータごとに定義 cleaned event file FITS file xselect ds9 jpeg 画像

18 できたイメージ例 MBM12( 暗黒星雲 ) BI FI 0.3-2keV 2-10keV 6-7keV

19 ギャラリーサイト作成方針 動機 1( 立教のギャラリーを見て ) ただ並べただけでは見づらい 2 多量のデータから統計的情報を得たい 3 同イベントでバンド別 カメラ別の違いを見て新発見したい 方針 1データの羅列を整理し 検索機能を強化 2 解析結果を利用した統計的サイエンスを可能に 3 同イベントデータの見比べやすさも重視 工夫 1 天体のカテゴリ分けし リストからの頭出しシステムを構築 2fitting parameter を表示 & リスト化 & ダウンロード 3 バンド毎の解析結果が一画面に収まる画像サイズを採用

20 サイトマップ トップページ イメージ 一覧もくじ スペクトル 天体別もくじ ライトカーブ AGN 銀河銀河団彗星 日付順もくじ コンパクト天体 SNR GC その他 ダウンロード

21 完成品 百聞は一見に 如かず

22 成果 1 立教のデータリストより max=100 RXJ_ _NW(SNR) P6 の解析 明るすぎる天体 暗すぎる天体が見やすくなった ( max の個別定義 ) max=300 max=100 max=5 0.3~2keV(FI) 2~10keV(FI) 6~7keV(FI)

23 立教のデータリストより 成果 2 RCW86_SW(SNR) 低エネルギーに隠されていた高エネルギー側の構造が見えた ( P6エネルギーバンド別の解析 ) 0.3~2keV(BI) 2~10keV(FI) 6~7keV(FI)

24 成果 3 ライトカーブ 3C-120(AGN) 低エネルギバンドによって異なるー時間変化構造高エネルギーFI

25 立教のデータリストより 成果 4( 今回の目玉 ) DEM_L71/N23 (SNR) P6 の解析 予想 : 鉄バンドで極めて強く光っている天体があるのではないか? 0.3~2kev(FI) 2~10kev(FI) 6~7keV(FI)

26 interesting なのでさらに詳しく解析 A B 0.3~2keV 2~10keV 6~7keV C 3つの領域に区切ってスペクトルを取った

27 A,B,C のスペクトル 確かにAが半桁ほど優勢だが 特に輝線構造は見られない 6-7keVで強いのはFe 由来ではなかった A B C 5~8keV を拡大 6 7 8

28 powerlaw のベキ (photon index) に注目 A は B,C より powerlaw の落ち方が遅いのでは? A B C

29 詳しい fitting A,B,C を wabs*(powerlaw+vmekal) のモデルで fit してみた 注 :makalモデル 変数 abundance= 金属比が太陽組成のx 倍 vmekalモデル 各元素ごとに比を決めることができる

30 A の fit -データ点 -vmekal+powerlaw -powerlaw 成分 -vmekal 成分 vmekal で決まる powerlaw で決まる

31 B の fit -データ点 -vmekal+powerlaw -powerlaw 成分 -vmekal 成分

32 C の fit -データ点 -vmekal+powerlaw -powerlaw 成分 -vmekal 成分

33 各成分の flux を比較 flux(0.4-2kev)cm -2 s -1 (mekal 成分優勢 ) flux(2-12kev) cm -2 s -1 (powerlaw 成分優勢 ) photon index χ 2 /dof A 0.26 photons 2.3E-02 photons (3.4E-10 ergs) (1.6E-10 ergs) ±0.07 B 4.6 photons 2.1E-03 photons (5.8E-09 ergs) (8.5E-11 ergs) ±0.06 C 2.3 photons 1.8E-02 photons (2.9E-09 ergs) (7.8E-11 ergs) ±0.06 結論 : このモデルでは AはB,Cに比べ 低エネルギーで1 桁弱いにも関らず 高エネルギーでは強く powerlawのベキも小さい ただしまだχ 2 がかなり悪く より厳密な解析が必要である

34 今後の課題 DEM_L71/N23 について 精密な arf ファイルの作成 ( シュミレーションによる ) A と B が近接しているため すざくの分解能を考えると B からの漏れこみを考慮すべき 他の fit モデルも検討されるべき データベースサイトについて B binまとめやfitting 初期値などほぼ全データに一律な解析をしているため 改善の余地がある SWG 期間に続いてアーカイブに入るデータも ( 来年の人 C が ) アップすればより価値があがるのではないか A

35 終 1 年間ありがとうございました

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38

39 B の mekal+mekal powerlaw vmekal kt~0.2kev kt~0.7kev wabs*(vmekal+powerlaw) wabs*(mekal+mekal)

40 B の fit flux(0.4-2kev) cm -2 s -1 flux(2-12kev) cm -2 s -1 χ 2 /dof powerlaw 4.6 photons 2.1E-03 photons vmekal (5.8E-09 ergs) (8.5E-11 ergs) mekal +mekal photons E-09 ergs 3.7E-02 photons 1.5E-10 ergs 7.21

41 Fitting に用いたファイル web 上 (CALDB など ) にあるファイルを使用 レスポンスファイル FI ae_xi0_ rmf BI ae_xi1_ rmf arf ファイル FI ae_xi0_xisnom6_ arf BI ae_xi1_xisnom6_ arf バックグラウンドファイル FI NEP_xisnom6mm_det_fi_rev.pi BI NEP_xisnom6mm_det_bi.pi

42 background NEP(North Ecliptic Pole: 黄道北極方向 ) のデータ このデータを引くことによって *Cosmic X-ray background *Non X-ray background など, 観測している天体由来ではないX 線を除去できる

43 レスポンスファイル rmf (Redistribution Matrix File) 検出器のレスポンスを与える arf (Auxiliary Response File) 望遠鏡のレスポンスを与える今回の解析では, 点源のarfを使用した 詳しい解析を行うときには, 観測した天体それぞれに対応するarfを, シミュレーションにより作らなければならない

44 立教大との違い ( 改善点 ) まとめ エネルギーバンド毎の解析イメージ (0.3~2keV 2~10keV 6~7keV) ライトカーブ (0.3~2keV 2~10keV) カメラ別の解析 BI(xis1) と FI(xis0,xis2,xis3) の 2 種 calibration source,background の除去 特にデータ点の少ない天体についてはビンまとめを個別に調節 スペクトルを 2 つのモデルで fitting fitting parameter や flux を表示 データの並べ方を工夫し, 使いやすいデータベースに

45 成果 1 立教のデータリストより max=100 GC_SGR_B2_BGD( 銀河中心 ) P6 の解析 暗い天体 データの少ないイベントが見やすくなった max=1 max=5 max= ~2keV(FI) 2~10keV(FI) 6~7keV(FI)

46 謝辞 助手の松本さん TAの内山さんには初心者の私達に懇切丁寧に指導していただき 大変感謝しています また P6 年間を通じて宇宙線研究室の先生方や院生の先輩方には大変お世話になりました ありがとうございました

47 calibration source 軌道上でのエネルギーの絶対精度の測定のために, XIS のカメラごとに取り付けられている較正線源 55 Fe( 半減期 2.7 年 ) Mn Kα(5.9keV),Mn Kβ(6.5keV) の特性 X 線を出す

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