Transcript 観測提案準備の手引き
観測提案準備の手引き
松下 恭子 (東京理科大学)
粟木 久光 (愛媛大学)
根来 均 (日本大学 )
目次
よいプロポーザルとは
Proposal, 特にCover page の書き方
Feasibility Study
XRSを活用するとは
どのような物理的パラメーターが測定できるか
Simulation されたスペクトルの例
よいプロポーザルとは
科学的目標の重要性、独創性
どのような結果がでれば、何がわかるかが明確
解析が終わればすぐにでも論文がかけそうか
適当な観測時間(普通は≦100ks)で実現可能
Feasibility study がきちんと行われていること
かなり明るくないと厳しい
XRSの視野、観測時期の制限に注意
Astro-E2を活用する観測
特に今回は、XRSでなければできないこと
Cover Page の書き方
検出器のモード
XIS
~10 cts/XIS以下の場合 defaultでよい
それより明るい場合は、 pile up や telemetry
saturation を考えてmode/optionを選択
XRS ~20 cts/XRS以下の場合 default でよい
それより明るい場合は、適切なfilterを選択
観測対象の座標も間違えないように
Feasibility Study
PIMMS and WebPIMMS
count rate の計算
XSPEC and WebSPEC
spectrumのsimulation
xrssim
spectrum, imageなども含んだ full simulation
Viewing
観測可能期間を調べることができる
(衛星の太陽電池パネルと太陽の角度に制限)
同時観測など観測日等に制限がかかるものは注意
MAKI
画像上で検出器の視野を決められる
観測可能な衛星のロール角を調べることができる
WebPIMMS
http://heasarc.gsf
c.nasa.gov/Tools/
w3pimms.html
Flux, model, 衛星
名を入力 ⇒ 各検
出器の予想count
rateを計算
WebPIMMS
http://heasarc.gsf
c.nasa.gov/Tools/
w3pimms.html
Flux, model, 衛星
名を入力 ⇒ 各検
出器の予想count
rateを計算
WebSPEC
http://heasarc.gsfc.na
sa.gov/webspec/web
spec.html
検出器、flux, modelを
選択⇒model
parameter の設定
⇒spectrumをsimulate
Simulateしたスペクト
ル、レスポンスなどをダ
ウンロード可能
WebSPEC
http://heasarc.gsfc.na
sa.gov/webspec/web
spec.html
検出器、flux, modelを
選択⇒model
parameter の設定
⇒spectrumをsimulate
Simulateしたスペクト
ル、レスポンスなどをダ
ウンロード可能
XSPEC
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xanadu/x
spec/index.html
X線のスペクトルの解析ツール
スペクトルのシミュレーションができる
WebSPECでシミュレートしたスペクトル、レス
ポンスなどをダウンロードしてXSPECで解析す
ることも可能
xrssim
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/astroe/pr
op_tools/xrssim/xrssim_usage.html
Spectrum, imageなどを含んだfull simulation
検出する各X線光子について、 検出した位置、
検出したエネルギーなどをシミュレートしてリス
ト化
現実のデータと全く同じように解析できる
広がった天体の場合は、xrssimを使用するの
が望ましいことが多い
広がった天体の場合
XRSの視野より大きな範囲であまりスペクトル
や強度変化がない場合
XRSの視野に入るfluxからWebSPEC, XSPECな
どでsimulate すればよい。
XRSの視野より小さい範囲でスペクトル、強度
が大きく変化する場合
特にその変化の様子を詳しく調べたい場合は、
xrssimを用いてきちんとsimulation すべき
xrssim の使い方
1.
2.
3.
4.
XSPECを用いてスペクトルのモデルを作成
作成したスペクトルモデル、広がった天体なら
ば、chandraの画像なども入力して、mkphlist
を走らせ、photon listを作成
作成したphoton listを用いてxrssimを走らせ
るとsimulateしたevent file ができる。
このevent fileは実データと同じように、
xselect, xspec などを用いて解析できる。
Viewing
http://heasarc.
gsfc.nasa.gov/
Tools/Viewing.
html
他の望遠鏡と
の同時観測な
ど観測日が限
られる場合に
注意
MAKI
宇宙研Astro-E2
web pageより
link 予定
既存の画像(Chandra
など)にXRS/XISの視野
を重ねて描ける
ロール角を決めるのに
便利
Chandra image
XRSの視野
ロール角をここで指定
よいプロポーザルとは
科学的目標の重要性、独創性
どのような結果がでれば、何がわかるかが明確
解析が終わればすぐにでも論文がかけそうか
適当な観測時間(普通は≦100ks)で実現可能
Feasibility study がきちんと行われていること
かなり明るくないと厳しい
XRSの視野、観測時期の制限に注意
Astro-E2を活用する観測
特に今回は、XRSでなければできないこと
XRSを活用するとは
どのような物理的パラメーターが測定できるか
シミュレーションしたスペクトル
プラズマ診断
輝線(H-like, He-like ionなどから)の強度比
プラズマ温度、密度、電離状態、光電離度、共鳴散乱、
重元素の組成比
(参考書「X-ray Spectroscopy in Astrophysics」, ed.
Paradijs and Bleeker, Springer)
広がったプラズマのスペクトルの例
速度場測定
銀河団の場合と、超新星残骸の場合
点源(活動銀河核やX線星など)の場合の例
XRSの特徴
利点
高エネルギーでのエネルギー分解能と大きな有効
面積
Mg,
Si, S, Fe などの輝線の診断に威力
広がった天体の分光
欠点
位置分解能は、Chandra, XMMにはるかに劣る
点源、またはコンパクトな天体のエネルギーが低い
領域はRGSに劣る
エネルギー分解能(eV)の比較
Energy (keV)
有効面積の比較
高温プラズマからのX線放射
観測データ
(CCD)
連続成分
輝線(高電離したイオンから)
モデル
制動放射
自由ー束縛放射
束縛ー束縛放射
自由な電子
エネルギー準位1
自由ー束縛放射
銀河団からのX線スペクトル
エネルギー準位2
エネルギー(keV)
束縛ー束縛放射
⇒温度、密度、重元素の組成
プラズマ診断
電離平衡な薄いプラズマの酸素の輝線強度の温度依存性
輝線の強度は、
温度、(密度)、電
離度、共鳴散乱、
重元素の組成比
などに依存
輝線の強度比な
どから、温度分布
などの物理的パ
ラメーターに制限
エネルギー準位 n=2→1
エネルギー準位 n=3→1
プラズマ診断
Centaurus Cluster
He-like Fe-K
XRSのシミュレーション
図提供:古庄多恵(JAXA)
He like ionの輝線からの診断
He like ion の エネルギー準位
resonance
w (E1)
forbidden
intercombination
Z(M1)
yx
(E1)(M2)
Li like Fe
Porquet and Dubau 2000, A&AS, 143, 495
図提供:古庄多恵(JAXA)
プラズマ診断(温度)
電離平衡なプラズマでの輝線強度比の温度依存性
w
Z
yx
図提供:古庄多恵(JAXA)
G ratio=(z+(x+y))/w
Lyα/R=H-like Lyα/ He like Ly α
X-ray spectroscopy in Astrophysics, Paradijs, Bleeker, Springer
プラズマ診断(電離状態)
衝撃波などでプラズマが過熱された場合、電離平衡に達するには時間がかかる。
τ = ne×t
logτ=10.0-電離非平衡
XRSで観測すると
logτ=13.0 ほぼ電離平衡
プラズマ診断(密度)
R ratio= z/(x+y)
Electron density に依存
w
Resonance
Forbidden Intercombination
Z
yx
図提供:古庄多恵(JAXA)
X-ray spectroscopy in Astrophysics, Paradijs, Bleeker,
Springer
プラズマ診断(光電離度)
G ratio=(z+(x+y))/w
w
Z
yx
光電離
図提供:古庄多恵(JAXA)
G ratio=(z+(x+y))/w
Porquet and Debau, 2000, A&AS, 143, 495
プラズマ診断(共鳴散乱)
resonance lines ─ 共鳴散乱を受ける
共鳴散乱とは
輝線と同じエネルギーの光子を吸収、再放出
=散乱
プラズマ内の速度分布に依存
⇒乱流状態がわかる
resonance line/forbidden lineの比、resonance
line同士でも共鳴散乱を受けやすい輝線と受け
にくい輝線の比(例えばKβ/Kα)
Perseus clusterの共鳴散乱
乱流がなければ、銀河団中心で共鳴散乱が起きるはず。
XMMのCCDでは、共鳴散乱の効果は観測されなかった
(Churazov et al. 2004) ⇒ 激しい乱流が起きている?
He-like Fe Kα
H-like Kα
乱流なし
Churazov et al. (2004),
MNRAS, 347,29
Ni Kα+Fe Kβ
激しい乱流
Ni Kαの寄与は間違いないか?
+Kβから求めたZFe/Kαから求めたZFe
プラズマ診断(重元素の組成比)
プラズマの温度
(プラズマ密度)
プラズマの電離状態
共鳴散乱
⇒ 重元素の組成比
広がった天体のポイント
6 eVのスペクトル分解能
高エネルギーでの大きな有効面積
大きく広がった天体は、回折格子では無理
半径1‘以内 100ksのXRS
のシミュレーション
XRSのスペクトルの例(A2199)
2.9×10-11 erg/cm2/s, 3.7 keV, Z~0.6 solar, 100ks
図提供:田村隆幸(JAXA)
銀河群中心の楕円銀河のスペクトル(Mg)
H-like Kα
CCD
He-like Kα
NGC 4636 200ks
Cold Front (A3667)
On going merger?
Shock ではなく cold front
1400km/sで移動?
(Vikhlinin et al.
2001,ApJ,551,160)
輝度
温度
銀河団ガスの速度場診断
A3667
• Cold front
•1400km/sの速度?
図提供:古庄多恵(JAXA)
Fe-Kのスペクトル
2つの領域の速度差が
700km/sとする
XRSの視野
銀河団ガスの速度場診断
A2256
1st peak 4.7×10-13
6.2keV 18000km/s
50ks
2ndpeak
4.8keV 16000km/s
100ks
erg/s/arcmin-2
3.4×10-13
Fe-Kのスペクトル
図提供:山崎典子
(JAXA))
点源の観測のポイント
Fe (もしくは他の重元素) のK殻の輝線や吸
収線で初めて分かるサイエンス
Chandra, XMM-Newton と比べ、XRS は、
エネルギー分解能が
2-3 keV 以上で優れている
有効面積が大きい(短時間変動が追える)
PV観測の提案からのヒント
(% は Star+Binary+AGN の約 60 の観測提案に占める割合)
He-like Fe Triplet Line (Te, Ti, r, …) (Star, WD, …, ~15 %)
Plasma Diagnostic (-> Z, T, x, …) (Sy2, Pulsar.., ~ 8 %)
Fe Line (v, T, g, .. ; origin/location of emitter/reflector,
wind..)
Fe Absorption (-> NH, v, T, x, …; outflow.. )
Disk Line (BHC, AGN, ~27 %)
Kepler motion of gas, orbital motion of a star, gas motion.. (All,
~32%)
Thermal Broadening (All)
Compton Shoulder (Binary, AGN)
P-Cygni Profile (Binary, AGN)
(single) Absorption Line (Binary, AGN, ~ 10 %)
Warm absorber, UTA (Unresolved Transition Array) (AGN, Binary)
Time Variable (~ 5 %)
よいプロポーザルとは
科学的目標の重要性、独創性
どのような結果がでれば、何がわかるかが明確
解析が終わればすぐにでも論文がかけそうか
適当な観測時間(普通は≦100ks)で実現可能
Feasibility study がきちんと行われていること
かなり明るくないと厳しい
XRSの視野、観測時期の制限に注意
Astro-E2を活用する観測
特に今回は、XRSでなければできないこと