Study of gamma-ray bursts with optical near-infrared simultaneous polarimetry

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H02069
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 吉田 道利 国立天文台, ハワイ観測所, 教授 (90270446)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川端 弘治 広島大学, 宇宙科学センター, 教授 (60372702)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 光学赤外線天文学 / 偏光観測 / 高エネルギー天文学 / ガンマ線バースト

Outline of Annual Research Achievements

2016年度に製作、基本試験を終えたウェッジド・ダブル・ウォラストンプリズムをかなた望遠鏡の可視赤外同時カメラHONIRに装着して、さらに試験観測を進めた。HONIRは2017年度当初にコリメーターレンズを一新しており、その改修を終えた状態で試験をしたところ、全波長域にわたって消偏光度が5%未満という優れた性能を有することが分かった。2017年半ばから、ウェッジド・ダブル・ウォラストンプリズムをHONIRの標準装着品として定常運用を開始し、活動銀河核ブレーザーの可視近赤外線同時偏光モニターを行った。こうして得られたデータを過去の観測結果と合わせて解析し、ブレーザーの偏光変動と光度変動、色変動の間の相関を調べた。その結果、ジェット成分が卓越するブレーザーでは、色が青くなり、明るくなるほど偏光度が増す傾向が見られた。一方、中心のブラックホール周りの降着円盤成分が卓越するブレーザーでは、明るくなるほど色が赤くなり、偏光度が減少する傾向が見られた。これらの結果は、ブレーザーの光度変化にどの成分が効いているのかを示している。ガンマ線バーストの偏光観測は2件実施したが、いずれも有意な偏光は検出できなかった。
また、2016年度に製作・試験した1280×1280画素のInGaAs近赤外検出器の試験結果をメーカーにフィードバックして改良版の検出器を製作し、これをかなた望遠鏡に装着して試験観測を実施した。この結果、全体的に量子効率が改善し、2016年度よりも良好な観測結果が得られることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ウェッジド・ダブル・ウォラストンプリズムの性能評価は、HONIRのコリメーターレンズを交換することで画期的に進展し、可視光から近赤外線に至る波長域で、消偏光度が5%以下という良好な性能を達成できることが分かった。性能評価試験後は、実際にHONIRに装着して本格運用を開始することができた。そして、これを用いて活動銀河核ブレーザーの可視近赤外線同時偏光モニターを行い、これまでの結果と合わせて査読論文として発表するに至った。ガンマ線バーストの偏光観測は2件実施することができた。いずれも有意な偏光は検出できなかったが、残光初期の偏光観測結果としてデータ蓄積には貢献することができた。
InGaAs近赤外検出器の試作は成功し、広島大学かなた望遠鏡に装着した試験観測にも成功して、実際に天体画像を得ることができた。検出器の望遠鏡搭載時の性能確認も行い、量子効率、読み出し雑音などが、実験室での試験と同様であることが確認された。
以上の成果を判断して、当初計画通り、おおむね順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

ウェッジド・ダブル・ウォラストンプリズムを装着した可視近赤外同時カメラHONIRを用いて、ガンマ線バーストの可視近赤外線同時偏光観測を行い、相対論的ジェットの磁場構造および放射機構の解明を試みる。強い偏光が検出された場合は、ウェッジド・ダブル・ウォラストンプリズムの一露出偏光機能を活かして、偏光の時間変動を追跡観測する。可視近赤外残光に偏光が検出されなかった場合は、上限値を算出して、ガンマ線バーストジェットの偏光特性を調べるデータとして活用する。
また、前年度に引き続き、活動銀河核ブレーザーの可視近赤外線同時偏光モニターを継続し、ブレーザージェットの偏光の波長依存性、時間変動、光度・色変化との相関などを調べ、統計的にジェット構造の解明を目指す。さらに、新星、X線連星、パルサーなど各種突発天体の偏光観測を実施して、偏光の観点から、これらの爆発現象の物理の解明を試みる。
InGaAs検出器試作をさらに進め、より低雑音（読み出し雑音10電子以下）の読み出しシステムを持った検出器を作成する。試作した検出器は、かなた望遠鏡に装着して試験観測を行う。

Research Products

• [Journal Article] A challenge to identify an optical counterpart of the gravitational wave event GW151226 with Hyper Suprime-Cam (2018)
  • Author(s): Utsumi Y., Tominaga N., Tanaka M., Morokuma T., Yoshida M., Asakura Y., Finet F., Furusawa H., Kawabata K. S., Liu W., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Pages: 1
  • DOI: 10.1093/pasj/psx125
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Kilonova from post-merger ejecta as an optical and near-Infrared counterpart of GW170817 (2017)
  • Author(s): Tanaka M., Utsumi Y., Mazzali P. A., Tominaga N., Yoshida M., Sekiguchi Y., Morokuma T., Motohara K., Ohta K., Kawabata K. S., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: 102
  • DOI: 10.1093/pasj/psx121
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] J-GEM observations of an electromagnetic counterpart to the neutron star merger GW170817 (2017)
  • Author(s): Utsumi Y., Tanaka M., Tominaga N., Yoshida M., Barway S., Nagayama T., Zenko T., Aoki K., Fujiyoshi T., Furusawa H., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: 101
  • DOI: 10.1093/pasj/psx118
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] OISTER optical and near-infrared monitoring observations of peculiar radio-loud active galactic nucleus SDSS J110006.07+442144.3 (2017)
  • Author(s): Morokuma T., Tanaka M., Tanaka Y. T., Itoh R., Tominaga N., Gandhi P., Pian E., Mazzali P., Ohta K., Matsumoto E., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: 82
  • DOI: 10.1093/pasj/psx075
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger (2017)
  • Author(s): Abbott B. P., Abbott R., Abbott T. D., Acernese F., Ackley K., Adams C., Adams T., Addesso P., Adhikari R. X., Adya V. B., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 848 Pages: L12
  • DOI: 10.3847/2041-8213/aa91c9
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Optical and Near-infrared Polarimetry of Non-periodic Comet C/2013 US10 (Catalina) (2017)
  • Author(s): Kwon Y. G., Ishiguro M., Kuroda D., Hanayama H., Kawabata K. S., Akitaya H., Nakaoka T., Itoh R., Toda H., Yanagisawa K., et al.
  • Journal Title: The Astronomical Journal Volume: 173 Pages: 1
  • DOI: 10.3847/1538-3881/aa89ef
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A 85 kpc H-alpha; tail behind 2MASX J11443212+2006238 in A1367 (2017)
  • Author(s): Gavazzi G., Consolandi G., Yagi M., Yoshida M.
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 606 Pages: A131
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201731372
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MUSE sneaks a peek at extreme ram-pressure events. III. Tomography of UGC 6697, a massive galaxy falling into Abell 1367 (2017)
  • Author(s): Consolandi G., Gavazzi G., Fossati M., Fumagalli M., Boselli A., Yagi M., Yoshida M.
  • Journal Title: Astronomy and Astrophysics Volume: 606 Pages: A83
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201731218
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First Results from BISTRO: A SCUBA-2 Polarimeter Survey of the Gould Belt (2017)
  • Author(s): Ward-Thompson D., Pattle K., Bastien P., Furuya R. S., Kwon W., Lai S.-P., Qiu K., Berry D., Choi M., Coudeacute; S., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 842 Pages: 66
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa70a0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A measurement of interstellar polarization and an estimation of Galactic extinction for the direction of the X-ray black hole binary V404 Cygni (2017)
  • Author(s): Itoh R., Tanaka Y. T., Kawabata K. S., Uemura M., Watanabe M., Fukazawa Y., Kanda Y., Akitaya H., Moritani Y., Nakaoka T., et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 69 Pages: 25
  • DOI: 10.1093/pasj/psw130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Gas Dominated 50 kpc Ram Pressure Stripped Tail of the Coma Galaxy D100 (2017)
  • Author(s): Jachym P., Sun M., Kenney J. D. P., Cortese L., Combes F., Yagi M., Yoshida M., Paloun; J., Roediger E.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 839 Pages: 114
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6af5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extended Ionized Gas Clouds in the Abell 1367 Cluster (2017)
  • Author(s): Yagi M., Yoshida M., Gavazzi G., Komiyama Y., Kashikawa N., Okamura S.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 839 Pages: 65
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa68e3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 可視近赤外同時カメラHONIRにおける一露出型含む偏光観測モードの性能評価 (2018)
  • Author(s): 長木舞子、川端弘治、中岡竜也、川端美穂、森裕樹、吉田道利、他
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] Optical and NIR Polarimetric Monitoring of AA Tau in 2014-2017 (2018)
  • Author(s): Liu, W., Takata, K., Kawabata, K.J., Nakaoka, T., Kawabata, M., Yoshida, M.,et al.
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
• [Presentation] 国産の天文観測用大面積InGaAs近赤外線イメージセンサーの試作 (2017)
  • Author(s): 中屋秀彦、小宮山裕、柏川伸成、吉田道利、内田智久、他
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 1.3k×1.3k InGaAs赤外線検出器の広島大学観測環境下における性能評価 (2017)
  • Author(s): 森裕樹、川端弘治、松場裕樹、中屋秀彦、吉田道利、他
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会
• [Presentation] 可視近赤外同時カメラHONIRにおける一露出型偏光観測モードの性能評価 (2017)
  • Author(s): 長木舞子、川端弘治、中岡竜也、川端美穂、伊藤亮介、吉田道利、他
  • Organizer: 日本天文学会秋季年会