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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。