スカイバックグランドの再現性

すざく衛星搭載XISのスカイバックグランド
田和憲明、宮内智文、Eric Miller、林田清、勝田哲、鳥居研一、並木雅章、穴吹直久（大阪大学）、山口弘悦（京都大学）、
片山晴善（JAXA）、水野恒史、中本創（広島大学）、他Astro-E2 XISチーム
Abstract
2005年7月10日に打ち上げたX線天文衛星「すざく」は4台のX線CCDカメラXIS (X-ray Imaging Spectrometer) を搭載している。これらのうち3台 (XIS0, 2, 3) が表面照射型CCD (FICCD) で、残りの1台 (XIS1) が裏面照射型CCD (BI-CCD) である。これらのバックグランドグランド特性を調べるためには、夜地球のデータ（山口弘悦他 W61b）とともに、明るい天体を
含まない天空領域や点源の周りの観測データがスカイバックグランドとして利用できる。スカイバックグランドを構成する成分はNXB (Non X-ray Background) とCXB (Cosmic X-ray
Background) であるが、これに加えて太陽X線による昼地球からの放射が問題になる。
本研究ではより正確なスカイバックグランドの再現方法を確立しデータベースを作成するため、スカイバックグランドの視野内の位置やCut-off rigidity (COR) についての依存性、そし
て昼地球からの放射のデイエレベーション角（昼地球の縁からの角度）と太陽活動との相関を調べた。
１．視野内の位置依存性
スカイバックグランドはCORに依存し、各CORにおける露光時間は観測によって異なる。そこで、
スカイバックグランドをCORによって重み付けした。以下にその方法を示す。
図１のようにそれぞれ同じ面積の1つ
の円と4つの円環領域内でスカイバッ
クグランドを調べ、視野内の位置依存
XIS1
性を求めた。中心の円領域で規格化
したカウントレートを図２に示す。スカ
イバックグランドは中心から離れるに
従って減少し、最外殻では中心の80%
程度に減少する。
Target observation
Exposure (s)
t1
t2
ti
t6
T
図１：中心の円領域はPSF
(FWHM) の4倍。それぞれ
の円環は中心円と面積が
等しい。
2005年9月2日に観測されたNorth Ecliptic PoleからスカイバックグランドのCOR依存性を調べ
た。図３に示す。内部バックグランドの変動のため、スカイバックグランドもCORに依存して変動
する。FI-CCDよりもBI-CCDの方が、また低エネルギー側（0.1-5.0keV）よりも高エネルギー側
（5.0-14.9keV）の方が荷電粒子の影響を受け易いため、高エネルギー側の方が変動が大きい。
ＸＩＳ２
Count rate
Count rate
0.1-5.0keV
5.0-14.9keV
図３：スカイバックグランドの時間変動
図４：各CORにおける
露光時間の分布。縦
軸はそれぞれの観測
の全露光時間で規格
化した。
Relative exposure time
図３のようにスカイバックグランドはCORに依存し、その強度は2倍以上変動する。そして、ある
CORにおける露光時間はそれぞれの観測によって異なる。図４にそれぞれの観測における各
CORの露光時間の分布を示す。
スカイバックグランドの再現性
複数のBlank Skyと点源を除いた領域からスカイバックグラン
ドを得、その分散を調べた。使用した観測は図４と同じ、
NEP(2005-09-02観測), NPS, A2811 offset, RXJ0852 NW
offset, High Latitude A, High Latitude B, NEP(2006-02-10
観測)である。以下の図にNXBが支配的な5-10keVにおける
カウントレートの、それぞれの観測における分布を示す。上
の黒線で示したヒストグラムが上記のCORによる重み付け
前、下の赤線が重み付け後である。重み付けはNEP(200602-10)を基準（表１のtarget）にした。
after
counts s-1 keV-1
before
before
after
after
after
counts s-1 keV-1
counts s-1 keV-1
全ての検出器で重み付けを行な
うことによって分散が減少した。
CORによる重み付けによって、さ
まざまな天空領域でのスカイバッ
クグランドの再現性が向上する。
COR (GeV/c)
before
before
High Latitude A
High Latitude B
NEP(2006-02-10)
NEP(2005-09-02)
NPS
A2811 offset
RXJ0852 NW offset
ti
 ci

i 1 T
CORで分割したバックグランドのスペクトルに (ti/T) をかけて重み付けを行ない、再合成する。
これによって各CORにおける露光時間の全露光時間に対する割合がターゲットとバックグラ
ンドで等しくなる。
Number of observation
COR
COR
5.0-14.9keV
2.0 – 4.0
4.0 – 6.0
…
12.0 – ∞
Total
COR weighted BGD =
２．Cut-off Rigidity依存性
0.1-5.0keV
Background observation
Exposure (s)
Spectrum (cts/s)
b1
c1
b2
c2
bi
ci
b6
c6
B
C
6
図２：中心からの距離とスカイバック
グランドの相関
ＸＩＳ１
COR
(GeV/c)
Number of observation
NXBではこのような位置依存性が
なかったことから、これは主に望遠
鏡のVignettingによる効果と考えら
れる。
表１：各CORにおける露光時間とスペクトル。
COR (GeV/c)
XIS0
XIS1
XIS2
XIS3
標準偏差 (%)
重み付け前
重み付け後
6.5
5.0
6.9
2.2
4.8
1.9
6.0
3.7
counts s-1 keV-1
統計誤差 (%)
--0.7
0.4
0.7
0.7
３．昼地球からのX線放射
E0102-72, SN1006 NE BGD, Mrk 3, A2811 offset, NGC4388, MBM12 off Cloud について昼地球の縁からの角度 (DYE_ELV) によるXIS1のスペクトルと、太陽活動について調べた。
XIS1スペクトル (E<2keV)
N
O
E0102-72
DAY EARTH
0 < DYE_ELV < 5
5 < DYE_ELV < 10
10 < DYE_ELV < 20
20 < DYE_ELV < 30
’05 Aug
Solar X-ray Flux
SN1006
NE_BGD
’05 Sep
Mrk 3
’05 Oct
’05 Nov
A2811_offset
’05 Dec
NGC 4388
’06 Jan
(GOES12 databaseより)
MBM12
off Cloud
’06 Feb
l = 0.05 - 0.4 nm
l = 0.1 - 0.8 nm
Solar Wind data
(SOHOのCELIAS
Proton Monitorより)
http://umtof.umd.edu/pm/crn/
Proton
Speed
Proton
Density
Summary

スカイバックグランドは視野中心から離れるに従って減少し、8分角離れるとおよそ中心部分の80%に減少する。これは望遠鏡のVignettingの効果である。

スカイバックグランドはCORによって2倍以上変動する。そこで、CORで重み付けを行い７つの観測についてスカイバックグランドの分散を調べた。結果、重み付けによって各観測での
分散は減少し、その標準偏差はXIS0で5.0%、XIS1は2.2%、XIS2は1.9%、XIS3は3.7%であった。本研究ではCORを用いて重み付けを行なったが、PIN UDのカウントレートの方が適
しているとの報告（中本創卒論）もあり、今後はPIN UDを使った重み付けを行なうことを考えている。

太陽X線による地球大気からの放射は昼地球の縁からの角度だけでなく太陽活動にも依存しているが、太陽活動との相関を定量的に求めることは難しい。これを確実に取り除くために
は、観測毎に最適なエレベーション角を求める必要がある。

Download Report