Mrk421の解析

2005年度中間発表 (2005/07/28)
大気チェレンコフ望遠鏡による超大
天頂角観測の可能性についての
研究
西嶋・河内・櫛田研究室
4ASPM002
井上涼
研究目的
• AGNの放射モデルを検証するた
めに、Mrk421からのγ線の検出
を目的として、観測データを解析
• TeVγ線の観測結果を良く説明す
るモデルとして、電子が起源であ
るSSCモデルがある
CANGAROOとは？
• CANGAROO(カンガルー)とは Collaboration of
Australia and Nippon (Japan) for a GAmma Ray
Observatory in the Outback を省略した造語で、
ガンマ線天体物理学のための国際協力実験。
天体からの超高エネルギーガ
ンマ線を、南半球のオーストラ
リア/ウーメラに設置した大気
チェレンコフ望遠鏡を用いて観
測し、天体における高エネル
ギー現象の研究を行なってい
る。
東経136°南緯31°海抜高度160m
CANGAROO-III望遠鏡
主鏡直径（口径）：10.4m
焦点距離：8m
光電子増倍管：焦点面に427本
複合鏡直径：80cm
複合鏡形状：小型球面鏡114枚
視野：約4°
ステレオ観測
• γ線のシャワーを
複数台の望遠鏡
を使って捉える。
• イメージを重ね合
わせることにより、
γ線の到来方向を
知る。
• 今回はT2,T3と呼
ばれる望遠鏡2台
を使用。
ステレオ観測
活動銀河核(AGN)
• 活動銀河核とは、銀河中心近傍から膨大なエネル
ギーを放射している天体のこと
• 銀河中心にブラックホールがあると考えられており、
中心付近からジェットが放出されている
• 活動銀河核の中で、特に激しい活動性を示すもの
に、「ブレーザー」がある
代表的なTeVブレーザー
• TeVで検出の報告があったAGNはいまだ十数個程度しか
発見されていない。
AGN ( B lazar)
z
Markarian 4 2 1
Markarian 5 0 1
0 .0 3 1
0 .0 3 4
1 ES
1 ES
PKS
PKS
1 ES
2344+514
1959+650
2005-489
2155-304
1426+428
HB89-0317+185
0 .0 4 4
0 .0 4 7
0 .0 7 1
0 .1 1 6
0 .1 2 9
0 .1 6
AGN ( Radio Galaxie s)
z
M8 7
0 .0 0 4 3 6
AGN ( e tc )
z
3 C6 6 A
0 .4 4
B L Lac e rtae
0 .0 6 9
陽子とガンマ線のシャワーイメージの違い
• 大気に入射した
γ線と陽子の空
気シャワーの発
達の様子。
• 黒い線はシャ
ワーの発達過
程を示す。
• 左がγ線
• 右が陽子
Mrk421の特徴
•
•
•
•
TeVブレーザー天体
(RA, Dec)=(11.017°, +38.29°)
天球上で、北斗七星と獅子座の間に位置
赤方偏移Z=0.031
• CANGAROOでの観測では大天頂角
（仰角が非常に低いということ）
（天頂に較べ、空気の層が厚い）
Mrk421の観測時間
• Long ON Source : 計11時間程度
2004/02⇒4時間程度
2004/03⇒2.5時間程度
2004/04⇒4.5時間程度
• Long OFF Source : 計2時間程度
2004/02⇒2時間程度
2004/03⇒0時間
2004/04⇒0時間
解析方法
• 様々なカット条件を用いて、γ線を選
び出す
1.シャワーを選択するためのカット
(ADC cut, TDC cut, Clustering)
2.γ線を選択するためのカット
（Square Cut）
①Before Cut
②ADC Cut
③Clustering(１回目)
④TDC Cut
⑤Clustering(２回目)
シャワーイメージ
γ線を選択するためのカット
• Width
⇒楕円型にFitしたイメージの短軸の拡がり
• Length
⇒楕円型にFitしたイメージの長軸の拡がり
• Distance
⇒楕円型にFitしたイメージの光量中心からγ線源
までの距離
• Width, Length, Distanceの3つのCutを総称して
Square Cutと呼ぶ
γ線のイメージ
陽子(プロトン)のイメージ
有効検出面積
MC Energy
PSR1706
Elevation=70
°
Mrk421
EL=19°
MC Energy Region
天頂⇒空気の層薄い
⇒energy閾値↓
大天頂角⇒空気の層厚い
⇒energy閾値↑
エネルギー閾値=約20TeV
Theta square分布
(θx, θy)
θ2=θx2+θy2
2
θ 分布
PSR1706
mrk421
考察
• 大天頂角の天体の観測では、ガ
ンマ線がカメラ中心に有意に来て
いる証拠がつかめなかった。
• 位置決定精度が悪いため。
• 大天頂角の天体では、パラメータ
に区別がつきにくいため。
今後の課題
• 様々な解析手法を試みる
• データを補正するような手法？
• 最適なカット条件の試行
（shower selection , square cut）
終了
です。
Alpha分布
• 横軸が0に
近いほど
ピークを
作っていれ
ば、カメラを
向けたほう
からガンマ
線が来てい
る証拠に！
2
Θ 分布
EGRETによって発見されたγ線源マップ
• EGRET検出器は30MeV～10GeVのエネルギー領域で観
測、有効検出面積1500cm2
EGRETは271個
γ線源を発見。
うち、101の天体
が銀河系内で
はパルサーや
超新星残骸、銀
河系外では活
動銀河核がγ線
放射天体と同定
された
ADC
TDC
Cloud Cut
Rateが
不安定
Elevation
①シャワーを選択するためのカット
• 信号(シグナル)を選択するためのカット
⇒PMT1本あたりの光量に着目
• イベントを選択するためのカット
⇒チェレンコフ光によって起こる1事象に着目
シャワー選択の必要性
• 観測データのイベントはチェレンコフ光と夜光
(Night Sky Background)の両方を含む。
• 夜光には大気光、星夜光、黄道光がある。これら
の夜光を除去するために、シャワー選択の必要が
ある。
信号(シグナル)を選択するためのカット
• ADCカット
⇒PMT1本当たりの光量でカット
• TDCカット
⇒シグナルの入ってくるタイミングでカッ
ト
イベントを選択するためのカット
• Clustering
⇒シャワーのイメージの大きさでカット
• Elevation Cut
⇒仰角でカット
• Cloud Cut (Time Window Cut)
⇒時間幅でカット
実際のシャワー選択の流れ
①Elevation Cut, GPS Event Cut, Cloud Cut
↓
②ADCカット
③Clustering(１回目)
④TDCカット
⑤Clustering(２回目)
①Cloud Cut
Cut条件
• ADC Cut・・・5.0 p.e
• TDC Cut・・・±30.0nsec
• Clustering・・・T5A
ADC(After Cut)
TDC(After Cut)
γ線選択の必要性
• 選択されたシャワーイメージは、γ線によるシャワー
イメージと陽子(プロトン)によるシャワーイメージが
重なっている。
• 両者が作るシャワーイメージの違いを利用して、γ
線によるシャワーイメージを取り出す。
MC Simulation
• γ線と陽子のモンテカルロシミュ
レーションの結果から、Square
Cutの条件を決定する。
※モンテカルロシミュレーション・・・偶然現象の経過をシミュレーション
する場合に、乱数を用いて数値計算を行い、問題の近似解を得る
方法のこと。
Simulation結果
• γ線のシミュレーション結果
⇒コンパクトにまとまる
⇒Long On
• 陽子(プロトン)のシミュレーション結果
⇒全体的にちらばり、まとまらない
⇒Long OFF
Width(ON)
Width(OFF)
Length(ON)
Length(OFF)
Distance(ON)
Distance(OFF)
Image Parameter
Width
Distance
Length
Alpha
Alpha分布
• Alpha分布を見て、γ線到来方向を確認！！
ブレーザー
•
•
•
•
電波からγ線に渡る幅広い領域で放射している
輝線スペクトルがない(又は弱い)
電波や可視光で強く変光する
多波長でのエネルギースペクトルが、非熱的放射
の2つのピークをもつ
SSCモデル
• SSCモデルは、γ線の観測結果を説明することがで
きる放射モデル
• SSCモデルは、電子が起源と考えられている
• ジェット内部でシンクロトロン放射された低エネル
ギー光子をジェット内部の電子が逆コンプトン散乱
でエネルギーを叩き上げて高エネルギー光子を放
出する
シンクロトロン放射
• 磁場中で、加速度を受けた荷電
粒子からの放射のこと
※電子、陽電子が相対論的速度に満たない場合はサイクロトロン放射
と呼ぶ
逆コンプトン散乱
• 高エネルギー電子が、低エネル
ギー光子と弾性散乱を起こして高
エネルギー光子になる現象
※コンプトン散乱・・・高エネルギー光子が、低エネルギー電子と弾性
散乱を起こして低エネルギー光子となる現象
Light Curve
• 2004/04/19 20:10:00～22:28:00
• 2004/04/20 19:45:00～22:24:00
• MJD≒53115
修正ユリウス日(MJD)
• ユリウス通日(AJD)
紀元前4713年1月1日正午(世界標準時)から
の日数。天文学等で、数年に渡る2点を計算
するのに便利。
• 修正ユリウス日(MJD)
ユリウス通日から2400000.5を引いた値。ユリ
ウス通日では桁数字が大きすぎるため使用
しづらい点を考慮。
大気光とは・・・
• 太陽からくる紫外線が、地球大気
の上層部に入社することにより、
大気層自身が化学反応を起こし
て発する光のこと。
星夜光とは・・・
• 銀河や恒星といった点源としては
分解できないような星から放出さ
れた光が直接飛来したものや、大
気層で散乱されるもののこと。
黄道光とは・・・
• 太陽からくる光が、太陽系の黄道
面に分布する塵芥によって散乱さ
れたもの。
※黄道面・・・太陽の年周運動によって天球上に描かれる黄
道(平均大円）を含む平面のこと。地球の平均の公転軌道
面でもある。

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