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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

Kappes et al. 2007

銀河系外(ほとんどAGN) + 銀河系内 (色々)

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TeVガンマ線銀河面サーベイ

•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)

Chaves et al. 2009 arXiv:0907.0768v1

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銀河系内TeVガンマ線天体

• 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)

http://tevcat.uchicago.edu/ より。2010年5月現在

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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

Electron origin

E2f(E

)E2

f(E) Energy

Energy

π0

X-ray TeV

Proton origin

Synch IC

Flux(TeV)/Flux(X)=(σTxU(3K))/(σTxU(B))~1 (@数マイクロガウス)

強度比 F(TeV)/F(X) が鍵

スペクトルの違い。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

σT:トムソン散乱断面積

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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)b=0.0°

l=358.5°

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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)

(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？

HESSJ1741このあたり

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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

•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？

HESSJ1741この辺

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すざく衛星による観測

• 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• 西側のピークと、パルサーを狙う。

b=0.0°

l=358.5°A

B

四角はX線CCDの視野。

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観測領域Ab=0.0°

l=358.5°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

2-10keVTeV (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

•赤はBI CCD(XIS1), 黒はFI CCD (XIS0+3)

• 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 keVband– 観測値 3.2x10-13 erg/s/cm2

– 吸収補正値 3.9x10-13

erg/s/cm2

吸収を受けたpower-law

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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Bb=0.0°

l=358.5°A

B(b) 2-10keV(a) 0.4-2keV

New object

Foreground star

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X線新天体:SuzakuJ1740.5-3014

b=0.0°

l=358.5°A

B

2-10keV

•X線新天体の位置は、PSRB1737から明らかにずれる。(~90arcsec)•PSRB1737, PSRJ1741からの有意なX線は検出無し。

TeVガンマ線 すざくX線

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X線スペクトル

• 現象論的fit: 吸収+power-law– 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

2.3x10-3Hz (P=432.1±0.1s)

FFT解析 (XIS0+XIS3: 1-9keV band) Folded light curve (432.1s)

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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 J1741-

302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。