IceCubeニュートリノ
対応候補天体の追観測
山中雅之(広島大学宇宙科学センター)

共同研究者★田中康之 (広島大学->就職), Subaru/Kanata/(Fermi)
諸隈智貴(東京大学), Subaru/Kiso
太田耕司 (京都大学), Subaru
伊藤亮介 (東京工業大学), Kanata
内海洋輔 (広島大学 -> スタンフォード), Kanata
山中雅之 (広島大学), Kanata
川端弘治 (広島大学), Kanata
森裕樹 (広島大学->就職) , Kanataon the behalf of OISTER collaboration

アウトライン- かなた望遠鏡におけるフォローアップ戦略- これまでのフォローアップの実際- IceCube-170922A アラートにおける追観測：-TXS 0506+056の変動発見-光赤外線大学連携・すばる望遠鏡による追観測-- 光度曲線-- スペクトル (赤方偏移)-- 偏光観測 （＋比較的最近の結果）- Future prospect-- ブレーザー・超新星→最近のOISTERによる観測-- Tomo-e Gozen サーベイ-- 3.8m 分光フォローアップ

マルチメッセンジャー
天文学開幕

重力波ニュートリノマルチメッセンジャー
天文学開幕

Utsumi et al. 2018

GW 170817-> キロノバ(SSS17a)

R/J composite image
Observed by Kanata/HONIRIC 170922-A-> blazar(TXS 0506+056)

高エネルギーニュートリノ
・最高エネルギー宇宙線の由来、宇宙線の発見以来100年にわたって、起源不明
・ニュートリノ、電気的中性：系外由来観測できる・加速源（高エネルギー天体）が必要

加速源

IceCube実験

http://www.icehap.chiba-u.jpより

IceCube ニュートリノの位置決定精度

IceCube collaboration et al. 2018

トラック事象～典型的には1度(90%エラー)の位置決定誤差

高エネルギーニュートリノの起源候補となる現象©U. Tokyo©NASA/Fermi(peculiar) supernova

blazar: AGN relativistic jet©NASA©NSF日本天文学会2018春季年会

GRB

starburst galaxy
2018/03/14-17

From Morokuma san’s slide1.5m Kanata+HONIRHONIR (Hiroshima Optical and NearInfraRed camera; Akitaya et al. 2014)
可視近赤外線２バンド同時観測
視野10’ x 10’
限界等級 ~20mag (可視)

かなたフォローアップの共同研究者

Y. TanakaMori

ItohUtsumi

MY

M. Kawabata Nakaoka

K. S. Kawabata

IceCube-161210A
Alert: 2016-12-10 20:07(UT)

16マスのタイル観測
とても大変

森修論(2018)
2016-12-11 9:30-17:30 (UT)J-band imaging
日本天文学会2018春季年会

新しい戦略へ
2018/03/14-17

活動銀河核（AGN）
jetを真正面から見ている天体=blazar
電波-赤外-可視光-紫外-> シンクロトロン放射が卓越

日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

New Blazar Catalog (BROS)
Blazar Radio and Optical Survey (BROS; Itoh et al. in prep.)~50000 sources at Dec.>-40 deg
BZCAT: ~4000 sources
2種類の電波カタログからフラットなスペクトルを示す天体（NVSS (1.4 GHz) + TGSS (151 MHz)）
パンスターズ(PS1)では40%が検出できていない(r>23)

日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

IceCube-170321A
BROS blazar を導入！
Alert: 2017-03-21 07:32(UT)

森修論(2018)

2017-03-22 10:30-11:10 (UT)J-band imaging
日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

いずれの視野も光学対応天体発見できず

IceCube-170922A
Follow-up observations of sevencandidates within the error circle
region were performed with Kanata

2夜の観測で7つのうち1天体のみ変動を検出

J band森修論(2018)

TXS 0506+056 ：活動的な時期
Sep 23

Sep 24

Difference between
Sep 23 and Sep 24

residual（Evidence this object faded）
Observed in R band using Kanata/HONIR

We found that TXS 0506 was much luminous on Sep 23 comparing to theprevious observations. We observed the slow decline part of the optical flux.

The brightening the gamma-ray emission is observed, and Tanaka+
reported this observational fact. （Tanaka, Y. T. et al. ATel #10791）
International electromagnetic observations werepromoted by this report

TXS 0506+056:多波長ライトカーブ

The IceCube Collaboration et al., Science 361, 146 (2018)

光学・近赤外線ライトカーブ• ニュートリノアラートを受けた20時間後にかなた/HONIRで観測を開始• 過去の報告より、3倍くらい明るい状態。翌9月24日0.2等の減光• ニュートリノが放出された時, このブレーザーはより明るかったと見られる：アクティブなフェーズにあった。

The IceCube et al.2018

偏光観測

2018年
4月あたりの観測

サイエンスにて報告された偏光度:7-8%
IceCube collaboration et al. 2018
日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

激しい偏光度の変化

光学分光観測：赤方偏移の決定
30分積分
すばる(8.2m)/FOCAS
S/N~100

1% (S/N=100)

Paiano+2018 (background)
日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

光学分光観測：赤方偏移の決定
30分積分
すばる(8.2m)/FOCAS
S/N~100
10時間積分
GTC(10m)/OSIRIS
S/N~500
20 倍長い露出==> すばるより約5倍
S/N良い1% (S/N=100)z=0.336
Paiano+2018
日本天文学会2018春季年会

2018/03/14-17

スペクトルエネルギー分布

かなた・木曽IceCube collaboration et al. 2018

Fermi MAGIC米サイエンス誌で出版

The IceCube Collaboration et al.,Science 361, 146 (2018) 2018年7月13日

７月２０日 文科省記者会見

9月16日付 読売新聞

IceCube-170922A その後
かなた・木曽による継続観測
すばるHSC, IRSF JHKs,MITSuME (明野/岡山) g’RI, Nayuta 分光
京都40cm V によるフォローアップ観測-> Morokuma et al. in prepとして準備中

さらなる観測に向けて➢blazar（AGN）?
Kanata/OISTERを用いたカタログを用いたブレーザーの追観測（2匹目のドジョウ）.
多モード多バンド観測によって多様な性質を引き抜く➢(IIn/Ibc) supernova? –依然として強い候補
広視野カメラを使って誤差視野内の新天体の発見
即応分光観測によるタイプ同定

広視野カメラTomo-e Gozen（東大木曽観測所）

3.8m せいめい望遠鏡(京都大学岡山天文台）
分光観測Tomo-e Gozen を使った
広視野突発現象サーベイ
From Sako-san’s slideTomo-e Gozen を使った
広視野突発現象サーベイ
全天サーベイ (~10000 deg2) 1日以内の頻度

IceCubeアラート直後の観測だけでなく、BROSカタログ記載ブレーザー候補天体のライトカーブを得ることができる

超新星シナリオ

極超新星として観測される？
Broad-lined `Type Ib’ SN 2016coi・近傍であれば超新星の性質を詳細に研究可能・3.8m KOOLS-IFU z~0.07程度までのBL SNe分光可能？

Yamanaka et al. 2017, ApJ

IceCube 181023-A
GCN 131653
メールアラート: 世界時2018年10月23日 16h38m11s
EHE (Extremely High Energy ) event-> IceCubeでトラック事象として観測されるニュートリノ（>10 Pev）-> HESEに比べて位置決定精度が高い
位置：RA +17h 59m 21s, DEC -08d 53' 10" (J2000),
位置決定誤差 : 17.50 arcmin (~50% radius)-> 銀河面をかすめている... (18.9887° 7.3363°)-> 微妙なGalactic extinction (Av=3.0; Schlafly et al. 2011)-> しかし、そもそもBROSカタログにこのエラー範囲内に天体無い

3FGL J1804.5-0850
GCN 23375 (2018年10月23日 19時38分 サーキュレート)位置が再計算された RA: 270.18, Dec: -8.57-> この位置を中心にしても(勿論)BROSカタログに対応天体は無し-> Fermiガンマ線2FGL, 3FGLカタログのうち最も近いsourceが3FGL J1804.5-0850 (ただし、1.3d離れている)
PS1イメージで、このソース位置から6秒離れた位置に～21magの天体？
ちなみに, 3FGL J1804.5-0850のFermi位置誤差は12.84'x10.8’ (95%)-> OISTERに属する望遠鏡での観測を考えると現実的な視野の大きさ→この位置を3FGL天体の活動性に制限を与えるために、OISTERでのフォローアップを決断！

OISTERでのフォローアップ
依頼天体(視野) 3FGL J1804.5-0850
座標：18h04m31.2s -08d50m31s

中小程度の視野を持つ望遠鏡->extinctionが大きく、感度が良くかつ長波長側のIバンドをメインに北海道MSI Iバンド、名古屋大 SIRIUS JHKsバンド、京都大屋上 Iバンド
西はりま JHKsバンド、広島大学 R+Ksバンド、鹿児島大学 Ksバンド
石垣島天文台 g'RIバンド
大きな視野を持つ望遠鏡
中心座標：18 00 43.2 -08 34 12（GCN 23375）を中心に、掃天観測
東工大 明野・岡山MITSuME g'RI
東京大 Tomo-e Gozen
かなたHONIRによって取得された3FGL視野のPS1・セルフでの差分->有意な増光天体無し
この視野を観測した望遠鏡で限界等級を求め、ATELに投稿

結果まとめ(ATEL投稿内容)
Filter

観測時間

視野

限界等級

KanataR+Ks

09:09:51-10:25:58 (Oct 24),
09:14:19-11:04:35 (Oct 25)

10’

R=19.6 and Ks=15.5 mag (Oct 24);
R=19.8 and Ks=15.5 mag (Oct 25).

NayutaJ+H+Ks

09:11:57-10:14:49 (Oct 24),08:45:42-10:24:05 (Oct 25)

2’.7

J=18.1, H=17.6 and Ks=16.6 mag (Oct 24),
J=19.3, H = 19.0, and Ks = 17.9 mag (Oct 25).

IRSF

J+H+Ks

18:06:57-18:43:08 (Oct 24),
18:06:20-18:31:12 (Oct 25)

7’.7

J=19.4 and H=18.9 mag (Oct 24),
J=19.1, H=18.6, and Ks=18.1 mag (Oct 25)

40cm

I

09:17:19-11:26:42 (Oct 24)
09:08:37-11:27:23 (Oct 25)

10’

Ic=18.2 mag

IceCube 181023-A その後
超新星シナリオへの制限を与えるべくフォローアップを継続-> SN Ib/cであれば爆発後10-20日程度で極大光度に到達-> 2-3日おきのフォローアップでOK戦略
z<2 (IceCubeニュートリノが到達しうる距離)までだと超新星があまりに多く発見される(e.g., HSCサーベイ)-> しかし、z<2でもt<20dで1つ未満の発見が期待されるような珍しい超新星(e.g., Ic-BL, いわゆる極超新星)が、ニュートリノに同期して1つでも(距離に依らず)発見されれば、有意性を言えるかもしれない
平均的なIc-BL、ピークでMv=-18mag、Av=3を加味して1-2クラスの限界等級(~20mag)で見つけることのできる距離 z<0.01に限られる-> 重力波対応天体フォローアップで用いられるGLADEカタログを用いて、z<0.01までの銀河をリスト化、2-3日に1点cadenceのフォローアップを実施->Kanata/HONIR, Tomo-e Gozen, MITSuMEで撮像フォロー観測

もし、SN候補が見つかったらIC 181023-A、現在解析を進めているが、少なくとも明瞭に新天体と言えるもの見つかっていない->発見できても検証は難しいかもしれない
今後のIceCubeアラートフォローアップで18-20magで超新星が発見されても現状では即応的な分光は難しい…
(※Kanata/HOWPolでは17等台が限界)

3.8mせいめい望遠鏡に期待

OISTER 検出限界
from Osawa-san’s slide3.8m Seimei +KOOLS/IFU

KOOLS-IFU (PI:松林)
ファイバー分光器
限界等級 ~20mag

Summary• 我々は、これまでIceCubeアラートに対して3度の即応的追観測を実施してきた。その結果、IceCube
170922Aにおいて, TXS 0506+056が明るい時期にあり、アラート後1日で減光過程にあることを見出した。
• Fermiの解析につながり(Tanaka 2017, ATEL)、国際的なマルチメッセンジャー追観測につながった• TXS 0506+056はアラート直後 ~7%程度の偏光度、featurelessなスペクトル、BL Lacに一致• 超新星シナリオを含めて観測的制限を与えるべく、さらなるフォローアップ観測の計画を練っているFollow-up of transients
discovered by “Tomo-e Gozen”
Discovery

spectroscopy

Photometry(polarization)

ATELshttps://www.youtube.com/channel/UCqhypTo6SWmi5bbVBmUf9NA

IceCube ニュートリノの位置決定精度

IceCube collaboration et al. 2018

トラック事象～典型的には1度(90%エラー)の位置決定誤差