XMM-Newton衛星のデー
タを用いた天の川銀河系中心のX線マップ作成
2022/03/07 P6最終発表会

松永、小野尾、矢矧目次
1.

研究目的

2.

XMM-Newton衛星

3.

マップ作成

4.

発見した天体構造

5.

スペクトル解析6.

まとめ, 今後の課題

7.

参考文献

1. 研究目的

研究目的• Newton衛星のデータを用い、これまでに作られていない銀河系中心付近の広範なX線マップを作成し、未知の天体構造を発見する。

2. XMM-Newton衛星

XMM-Newton衛星
1999年12月にESAが打ち上げたX線観測衛星。

現在も運用されている。

Newtonの性能
Newtonを他の衛星と比較すると、視野と有効面積が広く、空間分解能も並程度にある。
→ 広い天体構造の観測に適している。

ベ

X線カメラの性能比較
2015 宮岡さん（広島大）の修士？論文「Subaru/HSC サーイ領域にある重量級銀河団の X 線観測による質量推定」
より

NewtonのX線望遠鏡
WolterⅠ式望遠鏡
X線は入射角が大きいほど吸収されにくく、反射しやすい。
→Wolter式望遠鏡
視野の外側ほど入射角が小さくなり、より多くのX線が吸収される。(Vignetting）

図：https://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton/technical-details-mirrors
より

図：Wikipedia より

Newtonの検出器• EPIC X線CCDカメラ (European Photon Imaging Camera)• MOS 表面照射型検出器 2台 (Metal Oxide Semi-conductor)• pn 裏面照射型検出器 1台• RGS (Re ection Grating Spectrometer)
MOSと望遠鏡の間の分光器によって反射されたX線を、EPICとは別のCCDカメラで測定する• OM (Optical Mirror)

fl

可視光・紫外線望遠鏡

NewtonのX線検出器
MOS2台とpn1台計3台のCCDカメラ(半導体検出器)

検出効率
MOS < PNMOSPN

CCDの大きさMOS

pn2.5cm
2.5cm

3.0 1.0cm

CCDのピクセル 600 60
数01ピクセルの大きさ40μm

200 64150μm

Background（X線以外）• 観測対象以外からの宇宙X線によるもの• X線以外の宇宙放射線によるもの• Soft Proton Flare (SPF)
100keV以下の低エネルギー粒子が、望遠鏡を通じてCCDに侵入。カウントレートが爆発的に増加する。動的。

• Quiescent Particle Background (QPB)
数100MeVの高エネルギー粒子が、CCDや周辺機器と相互作用を起こして発生した制動X線や輝線など。静的。
他に、装置に起因するノイズなどもある。

3. マップ作成

解析の流れ• 目的：特定のエネルギーバンドを取り出した画像を作る• 使用したツールなど• ESASky（https://sites.google.com/cfa.harvard.edu/saoimageds9）；観測データを検索できるWebサイト• SAS；XMM-Newton専用の解析ソフト• SAOImageDS9；画像の可視化• SASのCookbook（https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xmm/esas/cookbook/xmm-esas.html）；解析の例などが豊富に載っている

解析の流れ1. 観測データの検索とダウンロード（観測データ約400個）
2. 各観測データについて、見たいエネルギーバンドで画像を作成する。Vignetting補正、SPFの除去もこの過程で行う
3. 作成した一つ一つの画像を結合して大きな画像を作る
これらを、各エネルギーバンドについて行う

一つの観測データから作成した画像の例

全部の観測データを結合してできた画像の例

エネルギーバンド
エネルギー(keV)

見たいもの

0.5-1.0
1.0-2.0
2.0-7.0

全体の概要を掴むために作成

6.3-6.5
6.62-6.8
5.0-6.1

Fe Kα
Fe XXVCFe K（Fe近くの連続成分）

2.35-2.56

S XV

1.3-1.4Mg XXI

1.7-1.9Si

作ったマップ①

赤 0.50~1.00 keV
緑 1.00~2.00 keV
青 2.00~7.00 keV

天体名付きの3色作ったマップ②
赤 6.3~6.5 keV（FeKα, 中性鉄）緑 6.62-6.8 keV（Fe XXV）
青 5.0~6.1 keV（Feの下の連続成分）

作ったマップ②
赤 6.3~6.5 keV（FeKα, 中性鉄）緑 6.62-6.8 keV（Fe XXV）
青 5.0~6.1 keV（Feの下の連続成分）

作ったマップ③

S XV 2.35~2.56 keV

作ったマップ④

Mg XXI 1.30~1.40 keV

作ったマップ⑤

Si 1.7-1.9 keV

4. 発見した天体構造見つけた構造
見つけた構造の概要• いくつかの新しい（？）構造らしきものを見つけることができた• Feのエネルギーバンドで見られるS字型• 1.0-2.0 keV周辺で見られる「カニの手」

S字型の構造. 6.62-6.8 keV

カニの手. 1.3-1.4 keV

見つけた構造①FeのS字型• Fe xxv: 6.7keVだけで確認できる、S字型の構造• 場所は銀河面、Sgr a*から少しずれたところ

全体マップ上の位置
赤：6.3-6.5, 緑6.62-6.8, 青5.0-6.1

拡大図. 6.62-6.8 keV

見つけた構造①FeのS字型• Suzakuの観測データでもぼんやりと確認できる

SuzakuデータでS字型の範囲を見たもの
6.55-6.8 keV

拡大図. 6.62-6.8 keV

見つけた構造②カニの手• 1.0-2.0 keVあたりで見えるかなり大きい構造• 形がカニの手みたいなので、「カニの手」と命名

全体マップ上の位置
Mg xxi 1.3-1.4 keV

拡大図
Mg xxi 1.3-1.4 keV

見つけた構造②カニの手• Mg 1.3-1.4 keV以外にも、Si 1.7-1.9 keVや
Suzakuの1.0-2.0 keVデータでも見える• S XV 2.35-2.56 keVでは見えないS xv 2.35-2.56：見えないSi 1.7-1.9：見える

Suzakuデータ
1.0-2.0 keV：見える5. スペクトル解析

カニの手の正体
超新星残骸 G359.0-0.9 の一部

過去の論文から引いてきた図今回作った画像カニの手のスペクトル
ASCAのデータ“Mg at 1.35 keV, Si at 1.86 keV”
0.7-1.5keV
1999 “Deep X-Ray Observations of Supernova Remnants G359.1-0.5 andG359.0-0.9 with ASCA”

Newtonでのスペクトルを出す
領域指定
赤 0.50~1.00 keV
緑 1.00~2.00 keV
青 2.00~7.00 keV使用したObsID
0152920101
0801680501
0804250301(pnなし)

緑：カニの手領域
桃：バックグラウンド

結果

縦軸のみ logscale

結果

縦軸のみ logscale

結果

縦軸のみ logscale

結果
MOS2

PN

Mg 〜 1.35 keV, Si 〜 1.86 keV. に加えNa(?)〜1.1 keV, Al(?)〜 1.5 keV が見えている6. まとめ, 今後の課題

まとめ, 今後の課題• Newtonのデータを使い、広大な範囲のX線マップを作った。
• 面白い天体構造を発見し、スペクトルを出した。

• QPBの除去、他のエネルギーバンドでの解析などの余地がある。
• スペクトルのフィッティングを行えば、詳しい解析が可能。
• まだまだ面白い構造があるはず。参考文献
• https://www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton• https://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xmm/esas/cookbook/xmm-esas.html• http://www-heaf.astro.hiroshima-u.ac.jp/thesis/
miyaoka2015.pdf• Deep X-Ray Observations of Supernova RemnantsG359.1-0.5 and G359.0-0.9 with ASCA• The 1.28GHz MeerKAT Galactic Center Mosaic• The XMM‒Newton view of the central degrees of the MilkyWay黒：カニの手
赤：バックグラウンド
Y軸のみ対数