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最も暗いTeVガンマ線未同定天体
HESSJ1741-302のすざく衛星による観測
松本浩典(名古屋大学KMI)
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内容
• HESSJ1741-302
– TeVガンマ線でもっとも暗い暗黒加速器
• すざく衛星によるX線観測
– X線対応天体の発見
– 激変星の発見
• 議論
– 正体？、銀河面diffuse TeV放射との関連？
• まとめ
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TeVガンマ線天体
銀河系外(ほとんどAGN) + 銀河系内 (色々)
Kappes et al. 2007 3
TeVガンマ線銀河面サーベイ
Chaves et al. 2009 arXiv:0907.0768v1
•H.E.S.S.望遠鏡による銀河面サーベイ
•多数のガンマ線天体。しかも多くはdiffuse。(角度分解能~2分角)
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銀河系内TeVガンマ線天体
http://tevcat.uchicago.edu/ より。2010年5月現在
• 天の川銀河系外天体
– スターバースト銀河(2)
– AGN(32)
• 天の川銀河系内天体
–
–
–
–
–
–
–
–
X線連星系(6)
激変星 (白色矮星連星系) (1)
Wolf Rayet (青色超巨星) (3)
シェル型超新星残骸(12)
パルサー風星雲 (27)
パルサー(4)
その他(分子雲など4)
正体不明=暗黒加速器 (33)
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暗黒加速器: なぜ光る？
• TeVガンマ線: 高エネルギー粒子発生の証拠
– 高エネルギー電子？
• 電子が、周辺の低エネルギー光子(CMB/星の光)を蹴り上
げて (逆コンプトン散乱)TeVガンマ線。
– 高エネルギー陽子？
• 陽子が、星間物質と衝突して、高エネルギーπ0発生。
– P + P  P + P + π0, π0  γ + γ
TeVガンマ線観測のみでは、2説を切り分けるのは難しい。
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縮退を解きたい: X線観測
E2f(E)
E2f(E)
スペクトルの違い。
X-ray
Synch
TeV
IC
Electron
origin
Energy
π0
Proton
origin
もしTeVガンマ線の起源が電子なら、
星間磁場と相互作用してシンクロト
ロンX線が出るはず！
X-ray: 電子と磁場の衝突
TeV: 電子と 3K放射の衝突
Flux(TeV)/Flux(X)
=(σTxU(3K))/(σTxU(B))
~1 (@数マイクロガウス)
σT:トムソン散乱断面積
強度比 F(TeV)/F(X) が鍵
Energy
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すざく衛星
Hard X-ray Detector (HXD)
X-ray Telescope (XRT)
X-ray Imaging Spectrometer (XIS)
+
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すざく衛星搭載検出器
• X線望遠鏡(XRT)+X線CCD(XIS)
– E=0.3keV – 12keV
– 撮像+分光観測
– 高エネルギー分解能
– 低く安定したバックグラウンド  高感度
• 硬X線検出器 (HXD)
– E=10—600keV
– 非撮像型検出器
角度分解能(~1分角)が関係ないような、
広がった暗い天体の研究が最も得意
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TeVで暗い暗黒加速器:HESSJ1741-302
• H.E.S.S.望遠鏡で、銀河面上
に発見
• 暗黒加速器で、TeV fluxが最
も小さい部類
– Photon index Γ~2.7
– F(1-10TeV)~2e-12 erg/s/cm^2
(~1% Crab)
• 付近のパルサーと関連？
– ただし、どのパルサーもLspinは
小さい (~1% Crab以下)
• 典型的TeVガンマ線パルサー
Lspin~10^37erg/s (10%Crab)
(Omar et al. 2008, 2009)
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興味: 銀河面diffuse TeV放射との関連
カラー: diffuse TeV 放射 (H.E.S.S.)
コントア: 電波CS(=分子雲)
HESSJ1741
このあたり
(Aharonian et al. 2006)
•銀河面diffuse TeV放射の起源は不明
•HESSJ1741は、銀河面diffuse TeV放射の氷山一角？
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銀河面diffuse TeV放射 vs 中性鉄蛍光X線 (6.4keV line)
カラー: 6.4keV line (すざく)
コントア: 銀河面diffuse TeV
HESSJ1741
この辺
•中性鉄蛍光X線分布は、銀河面diffuse TeV放射の分布と似ている。
•HESSJ1741から、中性鉄が見つかる可能性は？
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すざく衛星による観測
A
• 2箇所を観測
– A: 2009年2月24日 45ks
• 銀径で東側のピークを狙う
– B: 2008年10月4日 54ks
B
• 西側のピークと、パルサーを
狙う。
四角はX線CCDの視野。
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A
観測領域A
B
(a) 0.4-2keV
(b) 2-10keV
高エネルギーX線で、新天体発見。
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X線とTeVガンマ線の比較
2-10keV
TeV (gray)
2-10keV (green)
HESSJ1741のピークと一致。X線対応天体と考えられる。
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X線対応天体のスペクトル
吸収を受けたpower-law
• 柱密度
– NH=4.00(1.93~7.40)x1022
cm-2
• Photon index
– Γ=1.14(0.60~1.81)
• かなり小さい
• X-ray Flux in 2—10 keV
band
•赤はBI CCD(XIS1), 黒はFI CCD (XIS0+3)
– 観測値 3.2x10-13 erg/s/cm2
– 吸収補正値 3.9x10-13
erg/s/cm2
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おさらい: 非熱的ベキ型放射
• 電子のエネルギー分布: N(E)∝E^-s のとき、
– S(ν)∝ν^-α (erg/s/Hz/cm^2) α=(s-1)/2: spectral index
• 電波業界で使用
– F(ν)∝ν^-Γ (photon/s/Hz/cm^2) Γ=α+1=(s+1)/2:
photon index
• X・ガンマ線業界で使用
– 強いショックのFermi 1次加速: s=2, α=0.5, Γ=1.5
• Cf: SNRの非熱的シンクロトロン放射の観測
– 電波では α~0.5(Γ~1.5): Fermi加速を示唆
– X線ではΓ~2.5: シンクロトロン冷却が効いている
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X線対応天体スペクトル特徴
• 吸収が大きい NH=4.00(1.93~7.40)x1022cm-2
– 銀河中心付近の天体 (D~10kpc)
• F(1-10TeV)/F(2-10keV) ~ 6
– ガンマ線の方がフラックス大
– ガンマ線起源は陽子か？
• 有意な鉄ライン(中性も高階電離も)無し
– 等価幅(6.4keV)<167eV, F(6.4keV) < 9.3x10-7
photon/cm2/s
– バックグラウンドとして周辺領域をとっている。
• 鉄ライン強度としては、HESSJ1713は周辺領域と同じ性質。
• 銀河面diffuse TeV 放射との関連は不明。
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X線スペクトル特徴
• 小さなphoton index (Γ=1.1)
– 典型的 X線シンクロトロンSNR Γ~2.5
– HESSJ1614-518 (Matsumoto et al. 2008),
CTB37B(TeV SNR; Nakamura et al. 2009)に共通
• CTB37B: シンクロトロン放射で折れ曲がりなし
(Ecut>15keV)
– 効率のよい加速
• non-thermal bremsstrahlung?
– 例: γCygni (GeV SNR: Uchiyama et al. 2002)
– ターゲットとなる星間雲はどこに？
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観測領域B
A
B
(b) 2-10keV
(a) 0.4-2keV
Foreground star
New object
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X線新天体:SuzakuJ1740.5-3014
TeVガンマ線
すざくX線
A
2-10keV
B
•X線新天体の位置は、PSRB1737から明らかにずれる。(~90arcsec)
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•PSRB1737, PSRJ1741からの有意なX線は検出無し。
X線スペクトル
• 現象論的fit: 吸収+powerlaw
– NH=1.62(1.30~1.98)x1022cm-2
– Γ=0.83(0.69~0.97)
– F(2-10keV)= 2.2×10-12 erg
s-1 cm-2
• クリアに3本の鉄ライン
– H状イオン@6.9keV
• 等価幅172(123~232)eV
– He状イオン@6.7keV
• 等価幅186(140~240)eV
– 中性@6.4keV
• 等価幅172(125~224)eV
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周期的時間変動
FFT解析 (XIS0+XIS3: 1-9keV band)
Folded light curve (432.1s)
2.3x10-3Hz (P=432.1±0.1s)
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SuzakuJ1740.5-3014
• 磁場を持った激変星(白色矮星連星系)
– スペクトルに3本の鉄ライン
• 中性(6.4keV), He状イオン(6.7keV), H状イオン(6.9keV)
– 432.1sの周期的時間変動
• HESSJ1741より手前にある可能性大
– SuzakuJ1740.5: NH=1.62(1.30~1.98)x1022cm-2
– HESSJ1741 :NH=4.00(1.93~7.40)x1022cm-2
– 銀河中心(D~8.5kpc)までNH=6x1022cm-2として、距離は
D~2kpc
– 光度L(2-10keV)=1x1033 erg/s
• 激変星の中でも、Intermediate polar に典型的な値
(詳しくは Uchiyama, Matsumoto et al. PASJ submitted)
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まとめ
• TeVガンマ線でもっとも暗い暗黒加速器 HESS J1741302に、X線対応天体発見
– F(TeV)/F(X)~6 : TeVは陽子起源？
– とても小さなphoton index (Γ=1.1)
• 暗黒加速器に共通の性質か？
– HESSJ1614-518 (Matsumoto et al. 2008) とかCTB107B (Nakamura et
al. 2009)
• 効率の良い加速？ Non-thermal brems?
– 銀河面TeV放射との関連は不明
• 近傍に激変星 Suzaku J1740.5-3014
– たぶんTeV放射のforeground。
– HESSJ1741近傍のパルサーはどれもactiveでない。
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