X線天文衛星「すざく」による HESS未同定天体の観測 松本浩典(京都大学理学部宇宙線研究室) 1 目次 • 研究動機 • X線天文衛星すざく – なぜ「すざく」がこの研究に向いて いるのか? • HESS未同定天体の観測 – HESSJ1614-518 – HESSJ1616-508 – HESSJ1804-216 • 議論: 暗黒加速器 2 陽子の加速現場を見たい TeV …高エネルギー粒子。電子 or 陽子? 電子はX線で輝きやす い! Flux(TeV)/Flux(X)=U(CMB)/U(B) 数μGの磁場で、U(B)~U(CMB) Flux(X-ray)~Flux(TeV) TeVで明るく、X線で暗い天体を探そう! 3 HESS Galactic Plane Survey TeV(>200GeV)で 初の銀河面探査 14の新天体 HESSJ1804-216 Gal. Cent. 対応天体が発見 されていないも のがほとんど HESSJ1616-508 (Aharonian et al. 2005, 2006) HESSJ1614-518 3つの広がったunID 天体を選択 4 なぜ広がった天体? 高エネルギーX線による広がった天体の 観測が、すざくX線CCD(XIS)のもっとも得 意とする事だから。 5 X線天文衛星「すざく」について すざく搭載検出器 •X線望遠鏡(XRT)+X線CCD(XIS) … 0.3-12keV 広がった高エネルギーX線に対する感度 エネルギー分解能 •硬X線検出器(HXD) … 10-600keV PIN + GSO + BGOアクティブシールド 低ノイズでワイドダイナミックレンジ 6 X-ray Imaging Spectrometer (XIS) •4台のCCDカメラ(FI 3台+BI 1台) •CCD=Si半導体検出器が二次元に並んだもの •撮像と分光が同時に可能 視野 18分角 X 18分角 エネルギー範囲 0.2 – 12 keV ピクセル数 1024 X 1024 ピクセルサイズ 24μm X 24μm エネルギー分解能 (FWHM) 130eV @ 6keV 7 FI CCD(3台)とBI CCD(1台) 電極 空乏層 空乏層 電極 空乏層が厚い 邪魔する電極がない 高エネルギーX線に感度良し 低エネルギーX線に感度良し 8 有効面積 FIとBI (1台ずつ;XRT込み) 他の衛星と比較 高エネルギー側で優れた感度 9 FI CCDはBGDが低い BGD/単位立体角/有効面積 =広がった天体に対するS/N比の逆数 BI FI FIは特に低いBGD 10 しかもBGDは安定している。 Blank skyのライトカーブ XMM CCD 0 counts/s 10 20 counts/s 0.1 0.2 30 すざく XIS FI 0 5e4 1e5 Time (sec) 1.5e4 1e4 2e4 Time(s) 11 衛星高度が低いので地球磁場に守られている。 3e4 XISのエネルギー分解能 3本のFe line 銀河中心スペクトル 短い観測時間で極めて 良質のスペクトル 12 FI CCDの特徴 •角度分解能(1分) (望遠鏡で決まる) cf. Chandra(0.5秒), XMM-Newton(5秒) •高エネルギーX線に優れた感度 •BGDは安定で低い •エネルギー分解能が良い 高エネルギーX線で広がった天体を狙う! HESS unID objectの研究にうってつけ! 13 BIの特徴 超新星残骸E0102-72のスペクトル (24.6ks) Chandra BI FI XMM pn BIでありながら、FIと同等のエネルギー分解能14 Hard X-ray Detector (HXD) BGO Si PIN GSO 光電子増倍管 15 PIN: 10—60keV, GSO: 30—600keV, BGO: アンチ 最高感度を達成 Continuum Components 10-4 HEAO A-4 5 SIGMA Flux (cts s -1 keV-1 cm -2) Ginga Line Components GSO: 350cm 2 PIN: 160cm 2 E/E = 0.5 10-5 HEXTE 40ks PDS 40ks 5 40ks 100ks 10-6 OSSE HXD PIN 5 HXD Phoswich 5 10 50 100 Energy (keV) 500 1000 16 HESSJ1614-518 HESS TeV γ-ray image (excess map) Provided by S. Funk (MPI) 新天体で最も明るい XIS FOV 50ks HESSJ1614 (l, b)=(331.52, -0.58) 17 XIS image XIS FI (S0+S2+S3): 3-10keV band 50ks TeVγ-ray srcA srcB 広がった天体 Swift XRT も検出 (Landi et al. 2006) 18 XIS spectra (srcA) NH=3.8(±0.9)e21cm-2 Γ=2.0(±0.1) F(2-10keV)=5.3e-13erg/s/cm2 のっぺりとして構造がない非熱的スペクトル 19 XIS spectra (srcB) NH=9.9(±1.0)e21cm-2 Γ=3.4(±0.2) F(2-10keV)=2.4e-13erg/s/cm2 Swiftと比較す ると時間変動? 構造がない非熱的なスペクトル。しかしかなりソフト。 20 HESSJ1616-508 HESS TeV image (excess map) Provided by S. Funk (MPI) (l, b)=(332.391, -0.138) XIS FOV 45ks HESSJ1616 21 XIS image XIS FI (S0+S2+S3): 3—12keV TeV image 45ks •X線で対応天体がない。 •F(2-10keV)<3.1e-13 erg/s/cm2 詳しくは Matsumoto et al. 2007 PASJ, すざく特集号 (PASJ, 59, S199, 2007) 22 HESSJ1804-216 HESS TeV γ-ray image (excess map) 新天体で最もソフトな スペクトル XIS FOV 40ks HESSJ1804 (l, b)=(8.401, -0.033) Provided by S. Funk (MPI) 23 XIS image XIS FI (S0+S2+S3): 3-10keV Swift XRT (Landi et al. 2006) Chandra (Cui & Konopelko 2006) Chandra (Kargaltsev et al. 2007) TeV image srcA srcB Chandra (Kargaltsev et al. 2007) 40ks srcA: extended or multiple srcB: point-like 24 XIS spectra (srcA) srcA srcA: 広がっている srcB NH=11(±8)e22cm-2 Γ=1.7(±1.2) F(2-10keV)=4.3e-13erg/s/cm2 吸収が非常 に大きい 25 XIS spectra (srcB) srcA srcB: 点源 NH=0.2(<2.2)e22cm-2 Γ=-0.3(±0.5) F(2-10keV)=2.5e-13erg/s/cm2 srcB やけにフラット 詳しくはBamba et al. 2007 PASJ, すざく特集号 (PASJ, 59, S209, 2007) 26 Gallery HESSJ1614 HESSJ1616 HESSJ1804 Hard X-ray TeV 27 TeV vs X-ray Γ(TeV) F(1-10TeV) Γ(X) F(2-10keV) F(TeV)/F(X) erg/s/cm2 erg/s/cm2 HESSJ1614 (srcA) HESSJ1614 (srcB) 2.46 1.8e-11 2.0 5.3e-11 34 2.46 1.8e-11 3.4 2.4e-13 75 HESSJ1616 2.35 1.7e-11 --- <3.1e-13 >55 HESSJ1804 (srcA) HESSJ1804 (srcB) 2.71 1.0e-11 1.7 4.3e-13 23 2.71 1.0e-11 -0.3 2.5e-13 40 Cf. Crab ~0.0027, RXJ1713-3946~0.06 28 もし電子起源だったら…. Very weak B (B<1μGauss) Suzaku upper limit or 有り得る? Strong cut-off HESSJ1616 SED 観測は Γ(TeV)>Γ(X) が多いが… 29 まとめ •すざくXISで次の3つのHESS unID 天体を観測。 •HESSJ1614-518広がった対応天体 •HESSJ1616-508対応天体なし •HESSJ1804-216二つの対応天体候補 •どの場合も F(TeV)/F(X) が非常に大きい •電子起源での説明は難しいように思える。 30 いったい何者? 諸説あります… •PWN? •古いSNR? (Yamazaki et al. 2006, MNRAS, 371, 1975) •ガンマ線バースト残骸? (Atoyan et al. 2006, ApJ, 642, L153) 全くわからん! γ線X線の更なる観測以外に、他波長の情報が必要。 31 すざく観測実績&予定 •HESS J1702-420 (予定) •HESS J1718-385 (観測済) •HESS J1731-347 (観測済) •HESS J1745-303 (一部観測済) •HESS J1813-178 (観測済) •HESS J1825-137 (観測済) •HESS J1837-069 (観測済) 32 HESSJ1614-518 0.4—3.0keV 3.0—10.0keV 33 HESSJ1616-508 0.4--3keV 3--12keV 34 HESSJ1804-216 0.4-3keV 3-10keV 35
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