Ｘ線天文公開FITSデータの紹介とその教材としての利用の可能性
内山秀樹 (東京大学)

1. X線天文学ミニ入門

3. X線天文公開データ & 解析ツール
X線

可視光

DARTS (ISAS/JAXA)
http://darts.jaxa.jp/index.html
日本語の一般向けページもありＸ線と言えばレントゲン
àX線が高エネルギーの光であるため、人体を通過する(エネルギー) (波長)-1à可視光観測より1000倍以上、高エネルギー領域での天体現象を見る
波長:0.01~10-5 nm

400~700 nm

超新星残骸 (X線+可視光)

巨大ブラックホール (想像図)

温度6000 K

質量2 1033 kg
太陽質量の100万倍

温度 3千万銀河団 (X線)

太陽(可視光)	

中性子星 (X線)

HEASARC(NASA)
http://heasarc.nasa.gov/docs/archive.html
日欧米全ての衛星データが入手可能

密度
1.4 g/cm3

可視光観測 (or 宇宙)
における主要な天体である恒星 (太陽) とX線
天文学の主な天体の物
理量を比較à4桁以上大きな値のものが殆ど

半径 500万光年(~1019 km)

密度 1014 g/cm3

http://heasarc.gsfc.nasa.gov/lheasoft/

NASAがX線天文解析ツールパッケージ HEASoftを無償で公開à「すざく」を含む殆ど全てのX
線衛星のデータを解析可能
Linux, Mac, Cygwin (Windows)
で利用可能
但し日本語対応はされておらず、英語版のみ「すざく」ファーストステップマニュアル(理研・「すざく」ヘルプデスク)
http://cosmic.riken.jp/suzaku/help/guide/木星

太陽風 (想像図)(X線)

第 4 章 とりあえずやってみよう (WALK THROUGH OF

太陽をはじめとする近傍の天体もX線を放射しており、X線天文学の観測対象

太陽 (X線)

ISAS/JAXAやNASAのWebサイトから誰でも自由に無償でダウンロード可能

HEASoft (NASA)

宇宙の中でも特に極限状態にある天体・現象を観測できる

半径7 106 km

日米欧のX線天文衛星のデータは観測1年後にデータを一般公開するのが原則

理化学研究所を中心とする日本のX線グループがHEASoftの日本語入門マニュアルを作成

Suzaku ANALYSIS)

本章では、「すざ く」衛星のデータを実際に解析する場合の walk through を示す。Processing version 2.2.x.xのデータを対象に、HEAsoft v6.5 を用いた解析についての解説となっている。下記のホームページを参考にしてほしい。

学部生 (~高校生?) であれば十分使用可能• Software (HEAsoft) 1 :http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/software/lheasoft/

身近な天体でも普遍的に起きている高エネルギー現象に迫る

月 (X線)

太陽(可視光)	
彗星• Calibration files:
http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/caldb/

3. X線天文データの教材としての利用の可能性• ABC guide:

http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/suzaku/analysis/abc/

解析の前に真っ先にすべきこと :情報収集 (Getting Information)

4.1• 「すざ く」衛星の観測記録は下記の WWW page から辿れる。観測天体リスト、衛星運用に関する記ISS搭載MAXIよる天の川銀河
X線イメージ (RIKEN JAXA MAXI Team )録、XIS や HXD に関する記録、そして HK に関する記録をチェックすることができる。

(X線)

http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/log• データを解析するうえでのキャリブレーションの制限は下記にあるのでよく把握すべし 。
http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/process/• 検出器チームからのアナウンスを確認することも重要。

X線天文が対象とする天体現象à極限状態にあるため、かえって物理は単純

http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/analysis/• 現在の Calibration Status などの確認は下記が便利
http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/process/caveats/

20 ~ 1万光年

http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/suzaku/analysis/watchout.html
http://www.astro.isas.jaxa.jp/suzaku/doc/

800!
!
400!
!
200!
!
100!
!
50!
!
25!
!
12!
!

可視
紫外

赤外

X線

γ線

人工衛星

観測可能

「すざく」衛星ロケット

X線は大気により光電吸収されてしまうため、天体からのX線を観測するには人工衛星が必要

データの取得 (Getting Suzaku Data)

4.2

ボーアの水素状原子模型

まずはじめに解析したい天体のデータの取得を行なう。すざ く観測データは 、• DARTS (ISAS), http://darts.isas.jaxa.jp/astro/suzaku• HEASARC (NASA), ftp://legacy.gsfc.nasa.gov
1n=n=3
HEAsoft 6.0.6 以前には「すざ く」のツールは含まれない。また、改訂は３カ月に一度のペースで起こるので、解析にはなるべ

く新しいバージョンの HEAsoft を使用するのが望ましい (2008-11-17 現在での最新版は HEAsoft v.6.5.1)。

n=2
気球	

高度 (km)

電波

航空機

観測不可

高地観測!

日本(ISAS/JAXA)は欧州(ESA)・米国(NASA)に並び、汎用のX線天文日本の5番目のX線衛星 衛星を持つ数少ない国

13.6
Z2(eV)

2005年打ち上げ
高度 550 km

２. X線天文Fitsデータ

23

天の川銀河のデータからスペクトルを作成、輝線中心値を実測
àボーア模型による理論値と比較

Kα X線
n=1

e+Z「すざく」天の川銀河X線スペクトル (2-5 keV)data and folded model

観測とのズレ0.4%

0.1

X線・γ線・個々の光子を計数
・到来時刻・到来方向
・異なったエネル
ギー光子を単一の装置で測定可能

光子

１つ１つの光子の到来を個別の事象（イベント）として検出。更に光子ごとのエネルギー・到来方向・到来時刻を測定可能à分光・撮像・測光が同時に可能

Ar

Ca

0.05

Ｘ線à高エネルギーの光であるため、波動性よりも粒子性が強い

強度

電磁波

He状
水素状硫黄Kα輝線 中心値
観測値 2.62 keV

0.02・時間積分強度・到来方向・異なったエネル
ギーを見るには分光観測 or 異なるフィルタ・受信機が必要

S
normalized counts sï1 keVï1

可視光・電波

例えば・・・天の川銀河の超高温(数千万K) プラズマ中の硫黄・鉄イオンà高校物理で習うボーア模型で説明可能な水素状イオンにまで電離

34エネルギー (keV)
Energy (keV)uchiyama 17ïMarï2012 15:44

水素状硫黄イオンKα輝線ではボーア模型と観測値がよく一致

観測とのズレ .
1.2%「すざく」天の川銀河X線スペクトル (鉄輝線周辺)

X

エネルギー0.10.05

ヘリウム状
水素状鉄Kα輝線
Fe Kα
中心値
中性Fe Kα
観測値 6.97 keV

0.02

観測とのズレ .
0.3%

0.01
5×10ï3

イベントの時刻・到来方向・エネル
ギー毎の分布図を作ることでライトカーブ・イメージ・スペクトルを得る

強度

Y

時刻

時刻・到来方向・エネルギー etc. をcolumnとし、光子到来1イベントを1row毎に記述したEvent Fitsファイル
がX線天文学の標準的なデータ形式

強度

光子イベント1 (時刻) (方向) (エネルギー)
光子イベント2 (時刻) (方向) (エネルギー)
光子イベント3 (時刻) (方向) (エネルギー)・・

強度

光子イベント(row)

個々の光子の情報 (column)

normalized counts sï1 keVï1

Event Fits ファイル

data and folded model

6.2
6

6.2

6.6
6.4

6.6
6.8
Energy (keV)

7.0
7エネルギー (keV)

7.2

7.4
uchiyama 12ïMarï2012 14:14

水素状鉄イオンKα輝線ではボーア模型と観測値のズレがやや大à相対論効
果?を簡単に入れるとよく一致