超高頻度サーベイ観測による短時間突発天体の検出

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 重力波天体の多様な観測による宇宙物理学の新展開
• 研究課題/領域番号: 25103515
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 田中 雅臣 国立天文台, 理論研究部, 助教 (70586429)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 光学赤外線天文学 / 重力波天文学

研究概要

当初の計画通り、東京大学木曽観測所の1mシュミット望遠鏡と広視野カメラKWFC (Kiso Wide Field Camera)を用いて、高頻度の突発天体サーベイをKiso Supernova Survey (KISS)を推進した。安定して約100晩の観測を行い、約30天体の超新星爆発候補天体を発見し、そのうち5天体の分光同定に成功した。また、突発天体検出用のデータ解析パイプラインの大幅なアップデートを行った。パイプラインのアップデート後、人工天体を埋め込むことでシステム全体の効率を測り、即時突発天体検出率が90-95%程度であることを確認した。また、本研究計画の重要な要素である遠隔観測、自動観測に向けて体制を整えつつあり、実際に数日間の遠隔観測を実施した。
また、突発天体発見後のフォローアップ体制を整えるため、国立天文台岡山天体物理学観測所での分光フォローアップ観測を開始した。木曽観測所でデータを取得し、同日中に突発天体を発見し、その晩のうちに岡山188cm望遠鏡で分光観測を開始する、という一連の流れを確認することができた。
さらに、重力波が検出された後にどのような観測戦略を採用するかを検討するために、連星中性子星合体における輻射輸送シミュレーションを行った。連星中性子星合体からの可視光赤外線がこれまで予想されていたよりも10倍程度暗く、非常に赤いスペクトルを持つことが分かった。これにより、可視光での探査は長波長側(iバンド)で行うことが良いと結論づけた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成25年度の研究計画は、１、超高頻度突発天体サーベイを実行すること、２、重力波天文学時代を見据えた遠隔観測、自動観測の環境を整えることであった。１、のサーベイ実行に関しては、安定して約100晩の観測を行い、得られたデータの即時解析を行うことで、30天体ほどの超新星候補天体を発見した。ほとんどの天体は、データ取得と同日中に発見されており、同日中に共同研究者へ報告されている。また、データ解析パイプラインの大幅な見直しを行い、検出の効率を向上させた。最終的に、人工天体を埋め込むことでシステム全体の効率を計測し、90-95%の効率が達成されていることを確認した。２、の遠隔観測、自動観測に関しては、環境の整備がほぼ終了し、実際のテストを開始した。これらに加えて、重力波検出後の観測戦略を検討するために、連星中性子星合体における輻射輸送シミュレーションを行った。突発天体サーベイ観測に加えて、このような理論的なアプローチも融合することで、重力波天文学時代の可視光突発天体観測に向けて準備を進めており、研究計画全体は概ね順調に進んでいると判断している。

今後の研究の推進方策

引き続き、高頻度突発天体サーベイを実行する。平成25年度に準備を始めた遠隔観測、自動観測のシステムを徹底的にテストし、安定した無人観測が行えるようになることを目標とする。国立天文台岡山天体物理学観測所における分光フォローアップ観測も継続し、突発天体発見当日の分光同定を目指す。また、平成25年度までに木曽観測所で取得されたデータをオフラインで全て再解析し、短時間突発天体の再探査を行う。この結果に基づき、超新星爆発に限らず、短時間突発現象の発生頻度に関する論文を出版する。
さらに、定常的なサーベイ観測に加えて、重力波天文学時代の観測を見据えて、Fermi衛星の広視野検出器Gamma-ray Burst Monitor (GBM)アラートのフォローアップ観測を開始する。GBMの天体位置決定精度は数度程度と、重力波望遠鏡の位置決定精度と同程度である。アラートを受けて迅速に探査領域をセットアップし、突発天体(GBMの場合はガンマ線バーストの残光)を探し出す一連の流れは、重力波天体の電磁波対応天体を探す手法と全く同じである。このFermi/GBMフォローアップに関しては、残光のスペクトルを考慮し、また月が明るくても観測可能なように可視光iバンドを用いて行う。研究期間中に少なくとも一例残光を検出することを目標とする。

研究成果

• [雑誌論文] Radioactively Powered Emission from Black Hole-Neutron Star Mergers (2014)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Hotokezaka, K., Kyutoku, K., Wanajo, S., Kiuchi, K., Sekiguchi, Y., & Shibata, M.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 780 ページ: 31
  • DOI: 10.1088/0004-637X/780/1/31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early-phase photometry and spectroscopy of transitional Type Ia SN 2012ht: Direct constraint on the rise time (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka, M., Maeda, K., Kawabata, M., Tanaka, M., Takaki, K., Ueno, I., Masumoto, K., Kawabata, K. S., Itoh, R., Moritani, Y., Akitaya, H., Arai, A., Honda, S., Nishiyama, K., Kabashima, F., Matsumoto, K., Nogami, D., Yoshida, Y.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 782 ページ: L35
  • DOI: 10.1088/2041-8205/782/2/L35
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiative Transfer Simulations of Neutron Star Merger Ejecta (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M. & Hotokezaka, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 775 ページ: 113
  • DOI: 10.1088/0004-637X/775/2/113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detectability of High-Redshift Superluminous Supernovae with Upcoming Optical and Near-Infrared Surveys - II. Beyond z=6 (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M., Moriya, T. J., & Yoshida, N.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 435 ページ: 2483-2493
  • DOI: 10.1093/mnras/stt1469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early UV/Optical Emission of The Type Ib SN 2008D (2013)
  • 著者名/発表者名: Bersten, M. C., Tanaka, M. , Tominaga, N., Benvenuto, O. G., Nomoto, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: 143
  • DOI: 10.1088/0004-637X/767/2/143
  • 査読あり
• [雑誌論文] SN 2009js at the crossroads between normal and subluminous Type IIP supernovae: optical and mid-infrared evolution (2013)
  • 著者名/発表者名: Gandhi, P., Yamanaka, M., Tanaka, M., Nozawa, T., Kawabata, K. S., Saviane, I., Maeda, K., Moriya, T. J., Hattori, T., Sasada, M., Itoh, R.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 767 ページ: 166
  • DOI: 10.1088/0004-637X/767/2/166
  • 査読あり
• [雑誌論文] The very energetic, broad-lined type Ic Supernova 2010ah (PTF10bzf) in the context of GRB/SNe (2013)
  • 著者名/発表者名: Mazzali, P. A., Walker, E. S., Pian, E., Tanaka, M. , Corsi, A., Hattori, T., Gal-Yam, A.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 432 ページ: 2463-2473
  • DOI: 10.1093/mnras/stt605
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Luminous and Fast-Expanding Type Ib Supernova SN 2012au (2013)
  • 著者名/発表者名: Takaki, K., Kawabata, K. S., Yamanaka, M., Maeda, K., Tanaka, M., Akitaya, H., Fukazawa, Y., Itoh, R., Kinugasa, K., Moritani, Y., Ohsugi, T., Sasada, M., Uemura, M., Ueno, I., Ui, T., Urano, T., Yoshida, M., Nomoto, K.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 772 ページ: L17
  • DOI: 10.1088/2041-8205/772/2/L17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progenitor models of the electromagnetic transient associated with the short GRB 130603B (2013)
  • 著者名/発表者名: Hotokezaka, K., Kyutoku, K., Tanaka, M., Kiuchi, K., Sekiguchi, Y., Shibata, M., Wanajo, S.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Letters 巻: 778 ページ: L16
  • DOI: 10.1088/2041-8205/778/1/L16
  • 査読あり
• [学会発表] 重力波源の光学赤外線対応天体 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 日本物理学会 第69回年次大会 宇宙線・宇宙物理領域、理論核物理領域合同シンポジウム
  • 発表場所: 東海大学（神奈川県）
  • 年月日: 20140328-20140328
  • 招待講演
• [学会発表] 「rプロセス新星」の輻射輸送シミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣、仏坂 健太、久徳 浩太郎、和南城 伸也、木内 建太、関口 雄一郎、柴田 大
  • 学会等名: 日本天文学会2014年春季年会
  • 発表場所: 国際基督教大学（東京都）
  • 年月日: 20140319-20140322
• [学会発表] 超新星爆発に見る大質量星連星進化の痕跡 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 「連星天文学」研究会
  • 発表場所: 京都大学（京都府）
  • 年月日: 20140210-20140212
  • 招待講演
• [学会発表] Radioactively Powered Emission from Compact Binary Coalescences: Implications for Observing Strategies (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2nd Symposium - New Development in Astrophysics through Multimessenger Observations of Gravitational Wave Sources
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都）
  • 年月日: 20140113-20140115
• [学会発表] Optical Transient Survey: Prospects for Finding Electromagnetic Counterparts of Gravitational-Wave Sources (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2nd Symposium - New Development in Astrophysics through Multimessenger Observations of Gravitational Wave Sources
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都）
  • 年月日: 20140113-20140115
• [学会発表] Optical Observations of Extragalactic Supernovae (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Multi-Messengers from Core-Collapse Supernovae
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 20131202-20131206
  • 招待講演
• [学会発表] Radioactively Powered Emission from Neutron Star Merger (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Long-term Workshop on Supernovae and Gamma-Ray Bursts 2013
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20131111-20131115
• [学会発表] 連星中性子星合体からの可視光放射 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣、仏坂 健太
  • 学会等名: 日本天文学会2013年秋季年会
  • 発表場所: 東北大学（宮城県）
  • 年月日: 20130910-20130912
• [学会発表] 重力波天文学と連携した光赤外観測の提案 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2013年度光赤天連シンポジウム「2020年代の光赤外天文学 - 将来計画の再構成」
  • 発表場所: 国立天文台（東京都）
  • 年月日: 20130806-20130807
• [学会発表] 広視野サーベイ観測と連携した突発天体の即時観測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 田中雅臣
  • 学会等名: 2013年度岡山ユーザーズミーティング
  • 発表場所: 倉敷市立美術館 (岡山県)
  • 年月日: 20130801-20130803
• [学会発表] Time Domain Science with TMT (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Thirty Meter Telescope Science Forum
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 20130722-20130723
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Transient Survey with Medium-Size Telescopes (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Medium-Size Telescope Science Workshop
  • 発表場所: Kunming, China
  • 年月日: 20130621-20130625
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Emission from Neutron Star Merger (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, M.
  • 学会等名: Gravitational Waves - Revolution in Astronomy and Astrophysics
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 20130602-20130607
• [備考] 中性子星合体からの電磁波放射
  • URL: http://4d2u.nao.ac.jp/t/var/download/index.php?id=NSMerger