令和3年 2月22日

京都大学理学部 卒業研究P6 福田篤人

天体 SS433と解析手法

・SS433は連星であり主星は恒星質量ブラックホールまたは中性子星と考えられており、2方向にジェットを噴き出している (マイクロクェーサー)高エネルギーγ線検出器
Fermiの観測データ(GeV~)を用いてSS433を調査する

ROSATがX線観測したSS433(画像はNASAのサイトより)

[ 手法 ]
・既に判明している天体ソースで作成するモデルとそれに1つソースを仮定・追加したモデルで観測データにfittingし、尤度比検定を行うことでその追加が統計学的に有意であるかをツール(fermi)を用いて調べる。有意と認めたソースに関して次にスペクトルを調べる
・図は先行論文より。中心にSS433があり、各pixelにソースを追加した場合のTS(TestStatistic)値を描いている・緑の点線e1~e3,w1~w2はジェット上で観測(’97)された硬いX線の位置を示す

論文によって結果が異なる‘+’ : SS433[ TSマップ ]・ 0.3-100GeV の範囲での10年分の観測データを用いて2°×0.6 °(0.05°/pixel)のTSマップを作成 (図上)

[ 改良? ]
・先行論文では角度分解能が悪いという理由から低エネルギーのデータを切り捨てている・一方で十分広い範囲でfittingを行わないことによるズレとそれによるソース(かすかな)の発見への影響の可能性を考えて、既に判明しているソースに関しては0.1-100GeVの範囲でfittingを行い得たパラメータを全て固定しそれを用いて今度は0.3-100GeVの範囲でTSマップを作成 (図下, 2°×2°(0.05°/pixel))

東の空(e2)に痕跡が?

‘+’ : SS433[ スペクトル解析 ]・SS433を中心とした2°×2°の範囲の中で最もTS値の大きな点にソースモデル(Power Law)を追加してはfittingを行い再びTSマップを導出することを繰り返す・・既に判明している天体ソースに関しては前述のようにパラメータを固定したままにする・・結果は下の表に
・m0 : 既に判明しているソースで作成したモデル
・α : χ2 (2)分布の上側累積確率

model𝐸Power Law : 𝑁0 𝐸
Index

m2m3m4(m0+”My_North”)(m1+”My_West”)(m2+”My_NorthTop”)(m3+”My_East”)

𝟐. 𝟐𝟔 ±0.23 (My_North)

𝟐. 𝟎𝟖 ±0.28 (My_North)
𝟐. 𝟒𝟗 ±0.30 (My_West)

𝟏. 𝟗𝟕 ±0.34 (My_North)
𝟐. 𝟒𝟓 ±0.29 (My_West)𝟐. 𝟏𝟏 ±0.33 (My_NorthTop)

𝟏. 𝟗𝟔 ±0.34 (My_North)
𝟐. 𝟒𝟔 ±0.29 (My_West)𝟐. 𝟏𝟐 ±0.32 (My_NorthTop)
𝟏. 𝟖𝟎 ±0.44 (My_East)・・・

17(3.7σ, 2.1e-4)11(2.9σ, 4.3e-3)

8.5(2.4σ, 1.4e-2)

7.3(2.2σ, 2.7e-2)

・・・

−γ0

TS : 𝟐𝒍𝒏(𝑳𝒎𝒏 /𝑳𝒎𝒏−𝟏 )(σ, α)m1・・・

[ この操作を続けると? ]modelIndex ( Power Law )( My_West / My_East /My_West0 / My_East2 )𝟐𝒍𝒏(𝑳𝒎𝒏 /𝑳𝒎𝒏−𝟏 )
(α)

m5

m6

m7

m8

m9

m10

𝟐. 𝟒𝟖 ±0.29 /𝟏. 𝟖𝟎 ±0.44 /𝟎. 𝟑𝟏 ±0.81

𝟐. 𝟒𝟗 ±0.30 /𝟏. 𝟕𝟗 ±0.44 /𝟎. 𝟐 ±1.9

𝟐. 𝟒𝟖 ±0.30 /𝟏. 𝟖𝟎 ±0.44 /𝟎. 𝟐 ±1.2

𝟐. 𝟒𝟒 ±0.34 /𝟏. 𝟕𝟗 ±0.44 /𝟎. 𝟐 ±1.1

𝟐. 𝟒𝟒 ±0.33 /𝟏. 𝟕𝟗 ±0.44 /𝟎. 𝟐 ± 𝟐.0

𝟐. 𝟒𝟒 ±0.33 /𝟏. 𝟕𝟗 ±0.44 /𝟎. 𝟐 ± 𝟏.2

5.7(5.7e-2)

5.1(7.7e-2)

7.1(2.9e-2)

4.3(0.11)

6.3(4.4e-2)

4.4(0.11)(m4+”My_West0”)

m11

m12

…

𝟐. 𝟒𝟒 ±0.33 /𝟏. 𝟕𝟏 ±0.59 /𝟎. 𝟐 ± 𝟐.8 /𝟏. 𝟔𝟕 ±0.69

𝟐. 𝟒𝟒 ±0.33 /𝟏. 𝟕𝟏 ±0.58 /𝟎. 𝟐 ± 𝟏.2 /𝟏. 𝟔𝟗 ±0.67…

4.0(0.14)

4.7(9.7e-2)…

(m10+”My_East2”)

・時間の許す限り繰り返した
・座標は手入力のためTS値は改善できるだろう
・ソースを増やすことで互いに”バランス”していく？
・この際に”浮上”する点源も？
前述のTSマップ‘+’ : SS433

ROSATの観測X線にVLAの観測電波(W50)の等高線を重ねたものに描き込んだもの(図はあくまでも目安)
Goodall, Alouani-Bibi& Blundell (2011)の論文より流用

SS433本体境界またはジェット根元に検出あり？

[ 考察 : パラメータ固定の是非について ]‘+’ : SS433

・既に判明している天体ソースで0.1-100GeV, 0.3100GeVの異なる範囲にてモデルを作成し差をとる(図左)とソースJ1913.2+0512周辺にズレが生じこ
れがSS433と東側のジェットに差し掛かることが分かるが、”My_East”(図右)のスケールにとってはこのズレは大きいためにTS値に変化が生じたと考えられる・ズレの原因としては採用しているスペクトルモデルが適切でないこと等が考えられるだろう

・一方でいずれのfittingパラメータがより相応しいかに関しては分からない

𝐸

4𝐹𝐺𝐿 𝐽1913.2 + 0512 (Power Law : 𝑁0 𝐸 (=𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡)

J1913.2+0512が原因で(特に)SS433と東側ジェットの解析を誤る可能性がある−γ00.1-100GeV

0.3-100GeV

Prefactor : 𝑵𝟎

1.158910𝑒-12±5.3𝑒-17

1.135e-12±5.7e-14

Index : γ

2.897448±2.8e-5

3.119±0.059)

・他：
・パラメータを固定すれば計算量を減らせる
・よりかすかなソースを探す場合は固定の影響は少ない？ (未確認)・前述のようにエネルギー範囲がfittingに影響する可能性があるが更にかすかなソースを探すのでないのなら問題ない？ (未確認)[ 先行論文と比較して ]ジェット軸から外れている
Power Lawでの解析なし

SS433の北東に位置
Power Law Index :3.31±0.02w1の位置
Power Law Index :6.0±1.3
東側の検出はない

・データ集計期間、エネルギー範囲等も異なる

SS433近傍(南西)に位置
Power Lawでの解析なし
周期的な変光を検出[ 自身の研究 ]・東側の検出の可能性あり (解析を工夫)
・ジェット根本での検出の可能性あり

SS433またはそのジェットの究明に繋がる?

・Power Law Index : 2.4程度(西), 1.7程度(東),0.2程度(西ジェット根本)・先行論文ではスペクトル解析によってジェットがガンマ線を放射する原理(ハドロンモデル、レプトンモデル)を研究するようだが自身は時間の都合でそこまでには及んでいないありがとうございました

田中孝明先生 数々の疑問に答えて下さりありがとうございました