ブラックホール候補天体からのX線放射の半世紀にわたる長期変動の研究

Research Project

Project/Area Number	22K03678
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 16010:Astronomy-related
Research Institution	Rikkyo University
Principal Investigator	北本俊二立教大学, 理学部, 特別専任教授 (70177872)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000) Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Keywords	X線連星系 / ブラックホール / 中性子星 / モニター観測 / X線天体
Outline of Research at the Start	本研究は、X線天体におけるX線放射に重要な降着円盤の状態とその遷移を、主にブラックホール候補天体の長期のX線強度とスペクトルの変化を調査することで明らかにする。特に複数の衛星により蓄積された長期モニターデータを最大限に活用し、半世紀にわたる光度曲線や光度-硬度図(ICD)の解析、さらに、異なる検出器を統一的に表すことができるICDに変わる図の提案を行い、統一的な表示において、降着円盤の状態と結びつけた解釈を行う。また、そのために、Ginga/ASMの解析ソフトウエアの改訂、較正を行い、世界で唯一の信頼できる半世紀にわたる光度曲線の作成を可能とする。
Outline of Annual Research Achievements	X線天体、特にブラックホールや中性子星を含む連星系は、X線強度やエネルギースペクトルが様々な時間尺度で変化することが知られている。この強度やエネルギースペクトル、また、それらの変化の時間スケールや因果関係を引き出すことは、これらの天体のX線放射の主役である降着円盤の物理を知る上で重要である。本研究に必要な、長期にわたるモニターデータは、古くは Vela5B, Ariel5/ASM から、現在も稼働中である MAXI や SWIFT/BAT まで、ギャップはあるものの、ほぼ半世紀にわたり蓄積されており、NASA やJAXAのアーカイブとして利用可能である。Ginga 衛星搭載の全天監視装置(Ginga/ASM)は、1987年から1991年の間、全天のモニター観測を続けた。この間、他にモニター観測している衛星が存在せず、世界で唯一のX線強度をモニターするデータである。Ginga/ASM のデータは、データベースとして JAXA から公開されているが、これは、決められた天体の既に作成されたデータのみであり、その他の天体の活動を振り返ることができない。新たに発見された X 線新星等、データベースに無い天体のかつての活動の有無を知るためには、Ginga/ASM のデータを再解析できるようにする必要がある。そこで、X 線源の長期変動の研究をスタートさせる第1段階として、Ginga/ASMのテレメトリデータに立ち戻り、興味ある天体の座標を指定することで、Ginga/ASM が観測中のX線強度を調査できる解析ツールを開発している。当初計画より遅れているが、2022年、2023年度にかけて、ほぼ、ライトカーブを作成するプログラムができ、2024年春の天文学会で、その内容とともに、サンプルとして作成した既知の天体の高度曲線の例を報告した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初計画では、2022年、2023年度の2年間で、Ginga/ASMのテレメトリデータに立ち戻り、興味ある天体の座標を指定することで、Ginga/ASM が観測中の活動を調査できる解析ツールとして、光度曲線を導出するソフトウエアを開発し、その誤差や適用範囲を明らかにし、新しい天体の探索等にアプライする予定であった。しかし、開発中のソフトウエアが天体を誤認識する等のバグの修正に手間取り、2023年度に誤認識するデータを選別できたところであり、満足な結果が得られていない。2024年度も引き続きデータの有効利用のためにも、また、結果の信頼性のためにも、ソフトウエアのさらなる改良が必須である。
Strategy for Future Research Activity	当初目標は、（１）使えるデータベースから、ブラックホール候補星として代表格である GX339-4 と Cyg X-1 の半世紀にわたる光度曲線の作成、（２）作成した光度曲線から、統一的な表示方法に変換する方法の確立、（３）複数(10天体以上を目指す)のブラックホール候補星で、統一的表示、（４）状態の分類を検討、である。現在（１）の光度曲線は、とりあえず出力結果は出せるが、データの有効利用と信頼性の定量化に不足がある。そこで、もうすこし、現ソフトウエアの衛星姿勢と衛星軌道データの扱いを見直し、可能な範囲で改良しデータ有効利用と信頼性の向上を目指す。まずは、強度がほぼ一定であるカニ星雲の光度曲線から信頼性の定量化をする。その後、GX339-4 と Cyg X-1の光度曲線の改版を行う。求めたいくつかの高度曲線とアーカイブされているデータの統一化（２）を行い、学会発表として報告したい。それができたら、(３)、(４)の課題に着手し、複数(10天体以上を目指す)のブラックホール候補星で、統一的表示をおこない、状態分類の検討をおこなう。