可視光高速撮像によるFast Radio Burstの対応天体探査
Yuu Niino (U. Tokyo)
in collaboration with:
M. Doi, S. Sako, R. Ohsawa, N. Arima, J. Jiang, N. Tominaga,
M. Tanaka, D. Li, C.-H. Niu, C.-W. Tsai, N. Kobayashi, H.
Takahashi, S. Kondo, Y. Mori, T. Aoki, K. Arimatsu, T. Kasuga,
and S. Okumura

Fast Radio Burst (FRB)とは？
HPPW: 4.6 ms
Lorimer et al. (2007)

time →•

数ミリ秒の継続時間の電波突発現象•

初発見はLorimer+ (2007) のFRB 010824（Parkes 電波望遠鏡アーカイブデータ）•

15年で約600天体発見•CHIME による発見 > 500 FRBsCHIME
Parkes電波望遠鏡

FRBの分散量度

Lorimer+ (2007)

Dispersion measure（DM）•

電波パルスはlow-frequency
ほど遅れて観測される•

DM

自由電子柱密度FRB DM ~ 100-2000[cm-3pc]• > 天の川成分•

銀河間物質由来なら赤方偏移 ~ 0.1-2.0•

Spitler+ (2014)•DM/DMMW•

HPPW: 4.6 ms

電離ガスがソースに付随しているかも？
DM

FRB発生現場•

FRBを多く見つけている電波望
遠鏡は位置決定制度が低い••~ 10分角位置決定制度の高い電波望遠鏡

Keane+ (2016)

はFRB発見数が少ない•≲ 1秒角は 20 FRBs•

内 7 FRBs は後述の repeating
FRB源•

母銀河の同定・距離測定はごく一部のFRBのみ
Tominaga+ (2018, FRB 151230)

•

一部のFRBは最初の発見後にrepeat
burstを見せている••

これまでに約30天体長時間追観測してもrepeatしないFRBもある• 複数種族？
•

repeating FRBはパルス幅が広い？

•

多くの repeating FRB (but not all) で'sad trombone' feature が見られる

The CHIME/FRB collaboration (2019)

Repeating/Non-repeating FRB

他波長対応天体？
10−7

•
•

一部のパルサーは幅広い観測波長帯で検出
FRB 20200428AとX線対応天体 from SGR
1935+2154

•

理論予想
•

inverse Compton in a pulsar
magnetosphere (Yang+ 2019)•blastwave collision into a hot windbubble (Beloborodov+ 2020)

102108

1010

1012

1014

la10363nt1032
1031

on

10−14
10−151030
1029

10−16
107

Bühler & Blandford (2014)
10910111013

10151017

1019

ν [Hz]

1021

1023

1025

1027

FRB 20200428A from
SGR 1935+2154(Ridnaia+ 2021)

1028
1029

νLν [erg s−1]

rlsa

pu

1033

sta

10−131034abCrFν

10−121035

1/rab

C

10−1110106

ne10−9−17104=c

FRBと同程度の時間スケールでの放射の可能性

Energy [eV]

1037

ν-

•

10−10100bu

重大な手がかりになる

10−8

様々な波長・時間スケールで探査が行われている

10−6 10−4 10−2Fν

•

他波長対応天体がみつかればFRBの正体解明のνFν [erg cm−2 s−1]•可視光での FRB 同時観測•

秒以下で観測できる可視光装置は珍しい•

FRB 121102 の監視観測
Hardy+ (2017) using ULTRASPEC on TNT< 0.33 mJy with 70 ms using EMCCDMAGIC collaboration (2018)•••< 8.6 mJy with ~ 1 ms using
photomultiplierCredit: R. Wagner

Soonthornthum (2018)•

Tomo-e Gozen と FAST による可視-電波同時観測•

Niino et al. 2022, ApJ, 931, 109•

repeating FRB 20190520B の観測•

2020年8月4, 6, 14, 16日•

計約5.5時間•

24.4 fps with partial readout••

FoV ~ 8 x 5 arcmin2•

40.9 ms/frame•

gap between frames ~ 0.1ms

un ltered: ~ 3700-7300 ÅfiCredit: Ou Dongqu/Xinhua/ZUMAFRB 20190520B•

Niu+ (2022)•

discovery by FAST•

localization by VLA•

DMex = 1200 cm-3pc•

z > 1 if IGM•

host galaxy redshift = 0.24•

associated with a compact
radio source•> 80 bursts detected so far

flSearch for an optical emission•

FASTによって11の電波バーストを検出••

uence ~ 60-300 mJy ms

forced photometry で可視光バーストは見られない

Optical uence limits•

0.068-0.149 Jy ms (individual)•

0.029 Jy ms (stacked)

Fopt/Fradio ≲ 0.2-2.1

FRB 121102 limit by ULTRASPEC(Aiz,MW corrected, 70 ms)
FRB 121102 limit by MAGIC(AU,MW corrected, 1 ms)

fl•extinction corrected uence limit (EB-V,MW = 0.25)

fl•電波-可視SEDへの制限•

可視/電波比に対する現在の制限はCrab pulsarのSEDと同等•

今回のTomo-e制限と同等の制限を 100 Jy ms の電波バーストに対して得れば：•Geminga SED•

radio-X interpolationof FRB 200428A

High-Speed Observations
With Seimei/TriCCS
TriCCS

••

98 fps images in 3 bands at once••

spectroscopic mode is in commissioning phase

5σ uence limit ~ 0.025 Jy ms with ~ 10 ms
exposure under a good condition
g-bandFRB 20201124A in Mar. 2022

r-bandi-band

flyranimilePr

Wide eld non-repeater
search by Tomo-e Gozen
with CHIME/FRB
FoV of CHIME ~ 250 deg2•••

E-W ~ 2°, N-S ~ 120°

Tomo-e Gozen observes the meridianof the CHIME location at Dec ~ 80°.
•

overlapped FoV ~ 5 deg2•

HA +/- 2.5 deg (20 min period)

rate of FRBs detectable by CHIME/FRB•~ 820 sky-1day-1 (CHIME/FRBcollaboration 2021)•expected event rate in theoverlapped FoV ~ 1 per 240 hrsfi•Summary•

Repeating FRB 20190520Bに対してFASTによる電波観測と同時に24.4 fps (40.9 ms/frame) の可視光高速観測を行ない、11の電波バースト発生の瞬間をおさえた。

••

可視光非検出による上限値 Fopt < 0.029 Jy ms•

FRB 20190520B に対しては初の制限•

FRB 121102 に対する従来の制限より深い（in Jy ms）

より明るい電波バーストに対して同様の可視光制限がつけば、FRB SED に対して強い制限がかけられる。

•

さらなる観測をTomo-e Gozen & TriCCSで実施中