日本天文学会2022年秋季年会

Z207c
JASMINE の観測波⾧と観測データについての見直し検討
矢野太平 (国立天文台)
他JASMINE チーム

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本資料の概要• 新たな検出器の搭載が検討されている。この新たな検出器におけるJASMINEの観測等級HwとI、Jとの関係を確定させる作業をおこなった。また、Gaiaなど他の高精度な位置天文観測データが出てきていることを踏まえて、観測領域の天体がどの程度明らかにされてきているかなどを確認する。
１新検出器の新たに定義された観測帯域での等級への変換式詳細化
２GaiaEDR3 のデータとの比較
３APOGEEによるNSDのJASMINEでの観測可能性
2

観測波⾧• 赤外線での位置天文観測衛星JASMINE は、これまでTeledyne のHgCdTe 検出器(H4RG) を候補として検討を進めてきたが、国立天文台において地上用に開発が行われてきた国産のInGaAs 近赤外検出器を宇宙用化し、JASMINEへの搭載をベースラインとする。
• InGaAsになったのに伴い、⾧波⾧側のカットオフは1.7μmから1.6μｍへと変更した。
• 短波⾧側において、これまで、以前同様1.1μmとしていた。しかしフォトン数を確保するためバンド帯域の拡張が検討された。バンド幅を広く取りすぎると、星のタイプ毎の位置ずれが顕著になり補正が困難となるため、適切な波⾧の検討がなされた。そして星像位置決定精度が十分維持できる精度波⾧として1.0μmとした。
(ただし、今後変更の可能性はある)。
• Teledyne HgCdTe 検出器： 1.1 μmから1.7 μm• 国産 InGaAs 検出器： 1.0 μmから1.6 μm• あらたに定義されたバンド幅のHwにおいて、JやHなどからHwへの変換式が必要だが、その変換式をより詳細に調べる。
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各種カタログでのI,J,KとHwの関係• 銀河中心方向での赤外観測データであるSirius,2MASS, VVVといったカタログの各フィルタにおいてあらたに定義されたJASMINEでの観測バンドであるHwはどのようになるのかの検討をおこなった。

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Hw導出手順• Sirius, 2MASS, VVVの J, H バンド波⾧感度特性 (次のスライドｐ7) を用いて、スライドp10の式に基づきJ, H バンド等級を計算。
• JASMINEの Hw バンドについては、1.0-1.6 um の範囲でフラットな波⾧感度特性を仮定し、上記同様に Hw バンド等級を計算(スライドp10)。
• 得られた等級をもとに Hw-H vs. J-H プロットを作成し、Hw バンド等級と各装置の J, H バンド等級の関係を調査(スライドp8)。
• Hw バンド等級を各装置の J, H バンド等級をもとに計算できるよう、それぞれの関係を最小二乗フィットして関係式を構築。
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SIRIUS, 2MASS, VVVの各種 filter
SIRIUSフィルタとなるが、データであたえられているのは純粋にフィルタの透過率のみあり、大気吸収やQEはふくまれていない。

http://www-ir.u.phys.nagoyau.ac.jp/~irsf/sirius/tech/index.html

２MASS の透過率として与えられているデータ（ピークで規格化）
は量子効率、大気の吸収率がすでに含まれている。
（Cohen et al.2003)
https://old.ipac.caltech.edu/2mass/r
eleases/allsky/doc/sec6_4a.html#rsr
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/20
03AJ....126.1090C/abstract
したがってこのデータを用いてスペクトル積分を行う。

VVVのfilterについて、Jバンドfilter、Hバンドfilterそのものの透過率データ、量子効率のデータ、大気吸収のデータが与えられている。
それぞれをプロットしたのが左図。
ESO

http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/vircam/inst.html

によりfilter情報を取得
青：Jバンドfilter透過率
赤：Ｈバンドfilter透過率
紫：量子効率（ＱＥ）
灰：大気透過率 PWV=1mm, sec z=1
水色：大気透過率 PWV=3mm, sec z=2
PWV：precipitable water vapor

フィルタ毎の変換式Hw◎使用データESO IRスペクトラルライブラリを使用した。

http://www.eso.org/sci/observing/tools/standards/IR_spectral_library.html(O,B,A,F,G,K,M のNormal天体 116天体を使用)

吸収の取り扱い
Ak=0,1,2,3,4magの吸収を与える事で様々な吸収をうけた天体を検討。
吸収係数A(λ)/Aks=5.2106×λ^(-2.112)◎作業内容

VVV, 2MASS, SiriusのJ,Hフィルタを用いてそれぞれにおいてHwを見積る。それぞれのフィッティング関数を最小2乗法にて導出（最小2乗はエクセル使用）。フィッティング曲線の前提条件は2次式、原点を通る(定数項なしの2次式)曲線とした。
グラフ タイトル

Sirius

4Hw-H

3.53グラフ タイトル
4.542mass

4.5332.52.52221.51.51.51110.50.50.500-0.502468-2-0.5 0VVV

4 y = -0.0639x2 + 0.9293x
3.5

y = -0.0579x2 + 0.9006x

3.5y = -0.0634x2 + 0.9041x

2.5-2

グラフ タイトル

02J-H

468-2-0.5 02468吸収係数の近似式の導出

以上J,H,Ksの3点のデータに対し両対数表記で右上図のようにほぼ直線となる。

吸収係数比 A/AK

GALACTICNUCLEUS-surveyを用いて検討した論文F. Nogueras-Lara et al.(2020)
https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2020/09/aa38606-20.pdf
よりJ(1.22μm), H(1.63μm),Ks(2.19μm)に対しAJ/AKs=3.44
AJ/AH=1.87
AH/AKs=1.84であるとした。この値をもとに吸収係数の関数を以下のようにした。

5以上より、両対数上で直線となる累乗関数によるfittingをした。

吸収係数波⾧依存性

λ[μm]

結果、いかのようになった。
A(λ)/Aks=5.2106×λ^(-2.112)

10.58

等級の定義• 等級において(フラックス量ではなく)フォトン数により定義する。
• J,HにおいてはSirius, 2MASS, VVVなど各種フィルタをかけて積分する。(W(λ)はスライドp7で与えられる)
𝐹==𝐹 𝜆 𝑊(λ)
𝑑𝜆ℎ𝜈
𝐹(𝜆)𝑊(λ)
𝜆𝑑𝜆ℎ𝑐𝐹0 =𝐹𝐹=(𝜆)𝑊(λ)
𝑑𝜆ℎ𝜈(𝜆)𝑊(λ)𝜆𝑑𝜆ℎ𝑐𝐹𝐹0𝐹𝐻(𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛) = −2.5 log
𝐹0𝐽(𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛) = −2.5 log• Hw等級は以下の式で計算される。
λ1=1.0μm, λ2=1.6μm
𝐹=
=𝐹(𝜆)
𝑑𝜆ℎ𝜈
𝐹(𝜆)
𝜆𝑑𝜆ℎ𝑐として、
𝐹0 ==𝐹(𝜆)𝑑𝜆ℎ𝜈
𝐹(𝜆)
𝜆𝑑𝜆ℎ𝑐

𝐻𝑤(𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛) = −2.5 log

𝐹𝐹09数値整理
最小2乗フィットにより以下のように計算された。ただし、星の選び方などによるため、4桁目などの数値的意味はあまりない。そこで2桁で整理する。

• Hw=0.9041J +0.0959H-0.0634(J-H)2 (Sirius)• Hw=0.9006J +0.0994H-0.0579(J-H)2 (2mass)• Hw=0.9293J +0.0707H-0.0639(J-H)2 (VVV)• Hw=0.90J +0.10H-0.063(J-H)2 (Sirius)• Hw=0.90J +0.10H-0.058(J-H)2 (2mass)• Hw=0.93J +0.07H-0.064(J-H)2 (VVV)10

Hw 変換式• Hw=0.90J +0.10H-0.063(J-H)2 (Sirius)• Hw=0.90J +0.10H-0.058(J-H)2 (2mass)• Hw=0.93J +0.07H-0.064(J-H)2 (VVV)
観測装置毎以上のように整理されるが、観測装置の違いまで気にしないような場合には以下の式による変換で十分である。

近似的に以下の式に従う。

Hw=0.9J + 0.1H -0.06(J-H)211

GaiaEDR3, APOGEEとの比較• GaiaではGaiaEDR3もreleaseされた。
• GaiaEDR3でどこまで観測されているか、我々のこれまでの検討と無矛盾なのかを検討する。
• APOGEEデータによりNSDが確認されているが、JASMINEで観測可能であるかの調査をした。

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GaiaEDR3でどの距離あたりまで測定できているか
GaiaEDR3&2MASSマッチングデータ
銀河中心領域半径0.7度円内
精度よく距離測定できるΔπ/π<0.2のデータを抽出
Δπ/π<0.2の境界
精度良い距離測定

ｄ＜4 kpc程度まで距離測定ができている。

Δπ/π<0.2の境界
精度良い距離測定13年周視差とJ-K(選別)

Data:2MASS&GaiaEDR3 等級制限なし

2MASS&GaiaEDR3 JASMINE全観測領域において、年周視差
π vs J-Kに対し|Δπ/π|<0.2なるものを選別した（左図）また、Δπ<50μasの選別（右上）、Δπ<100μas（右下）を記した。
Data：2MASS&GaiaEDR3 (等級制限なし)|Δπ/π|<0.2

Data:2MASS&GaiaEDR3 等級制限なし

精度よく年周視差が求められる|Δπ/π|<0.2(左図)、あるいは
Δπ<50μas(右上)において、バルジ天体(π<0.16mas)は存在しない。
Δπ<100μasでは若干天体があるが、エラーバーの大きさからして偶然にπ<0.16masに入っている可能性が高い。

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APOGEEでNSDが観測された天体はJASMINEで観測されるか
Schönrich et al.(2015)において、銀河中心においてNSDの回転がしめされた。
右図。
このデータで、JASMINEで観測される天体が本当に存在するかを調べる。

データはAPOGEE
データのヘッダー情報はhttps://data.sdss.org/datamodel/files/APOGEE_ASPCAP/APRED_VERS/ASPCAP_VERS/allStar.html

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JASMINE領域でのAPOGEEでの天体の運動と個数

青:Hw<12.5mag
緑:12.5<Hw<14.5mag
赤:Hw>14.5mag• APOGEE• SJ全領域抽出• J-K>5 抽出(Ak＞～3に相当)• 等級制限なし179• Hw<14.5mag 147• Hw<12.5mag 23
クリアに回転成分が見られる。
そうした天体はHw<12.5magでは少数だが、Hw<14.5magまでとるとAPOGEEで観測されているほとんどの天体を網羅する。

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AkとJ-Kの関係
APOGEEデータ（-2<l<2,-1<b,1)において、AkとJ-Kの関係を調べた。

AkとJ-Kに強い相関がみられた。
AK～3はJ-K～5に対応している。
AK～2はJ-K～4に対応している。
Ak～1はJ-K～3に対応。

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JASMINE領域でのAPOGEEでの天体の運動と個数

青:Hw<12.5mag
緑:12.5<Hw<14.5mag• APOGEE• SJ全領域抽出• 4<J-K<5抽出(およそ2<Ak<3に相当）)• 等級制限なし201• Hw<14.5mag 201• Hw<12.5mag 28
回転成分がほとんど見られなくなる。
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GaiaでJ-K>5の天体を観測しているか
2MASS&GaiaEDR3データ使用
JASMINE全観測領域内
左：年周視差精度Δπ<50μasを選別、右Δπ<125μasを選別
J-H>5

J-H>5
バルジ天体領域

バルジ天体領域>J-K

観測天体個数>J-K

観測天体個数

60605

15519

APOGEEでNSDが観測された天体はJASMINEで観測されるかAk>3( J-K>5に相当)の天体をプロット (本資料のAPOGEEデータにおいてAk_wiseと記しているもの)。
青:Hw<12.5mag
緑:12.5<Hw<14.5mag
赤:Hw>14.5mag

赤枠はJASMINEで予定されている観測領域である。
銀緯|b|<0.6deg
銀経 0.7>l>-1.4deg
あるいは1.4deg>l>-0.7deg
現在検討中

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まとめ
• 観測帯域での等級への変換式詳細化⇒波⾧幅が少なくなる効果、⾧波⾧側で非線形の効果も含め、2MASS, VVVなど観測装置ごと変換式がどうなるのか、より詳細に検討し変換式を作成した。
• GaiaEDR3 など他のデータの検討
・Gaiaで観測される天体で高精度に距離測定できているのは4kpc程度である。
・Gaiaで年周視差が精度よく測定されているバルジ天体は存在しない。
・APOGEEの観測データより銀河系中心核NSDの天体はJ-K>5にもおよぶ。そうした天体もJASMINEで観測される。

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