重力波源の可視光対応天体探査

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: New development in astrophysics through multimessenger observations of gravitational wave sources
• Project/Area Number: 15H00788
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan
• Principal Investigator: 田中 雅臣 国立天文台, 理論研究部, 助教 (70586429)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 光学赤外線天文学 / 重力波天文学 / マルチメッセンジャー天文学 / 連星中性子星合体

Outline of Annual Research Achievements

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、Advanced LIGOからの重力波アラート、フェルミガンマ線宇宙望遠鏡・ガンマ線バーストモニター(Fermi/GBM)と全天X線監視装置MAXIから来る突発天体アラートを受けた突発天体サーベイ観測を行った。平成27年9月より、Advanced LIGOの第一期観測(O1)が行われ、史上初めて重力波が直接検出された（重力波源 GW 150914）。事前に結んでいた覚書に基づきこの情報を受け取り、検出から4日後にKWFCを用いてフォローアップ観測を実施した。位置決定精度は約600平方度であったが、その大部分が太陽方向かつ南天であったため、木曽観測所では約24平方度の観測を行った。この領域内に突発天体を見つけることは出来なかったが、初の重力波源に対する電磁波フォローアップ観測の報告として論文を2編投稿している。
Advanced LIGO O1と同時期に、自動データ解析の環境も行ってきた。通常の突発天体サーベイ観測とは異なり、重力波源のフォローアップ観測は事前に観測領域を設定することができない。そのため、広い領域に対応したSDSS参照画像を用意し、重力波源の位置が知らされたときに即時にデータ処理が開始できるような環境を構築した。このシステムを用いて、重力波天体だけでなく、MAXIのアラートのフォローアップ観測を5件遂行した。残念ながら可視光対応天体を見つけることはできなかったが、非検出の報告を2件行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度の研究計画は、（１）重力波アラートに向けた望遠鏡自動反応システムの構築と、（２）システムを用いたFermi/GBM, MAXI突発天体のフォローアップ観測であった。Advanced LIGO O1の開始とほぼ同時期に重力波が検出されたため、（１）の望遠鏡自動反応システムに関しては事前の準備ができなかった。実際に、GW 150914のアラートは電子メールで第一報がもたらされ、観測も手動で行われた。観測後のデータ処理と突発天体の検出に関しては自動化がほぼ完成し、SDSSの広い参照画像を保持することで、突発天体の自動検出が実現している。（２）のFermi/GBM, MAXI天体のフォローアップは、特にMAXI天体のフォローアップに力をいれ、5天体の観測を行うことができた。最短ではアラートから10時間程度で観測を開始しているが、可視光対応天体を発見することは出来なかったため、より迅速な観測開始の必要性が明らかとなった。
望遠鏡の自動化などシステム構築に遅れはあるが、初の重力波検出に対してフォローアップ観測を実施できたことは今後に向けた大きな収穫だったと言える。GW 150914の観測に関する論文を2編投稿し、MAXI天体のフォローアップに関しても2件の報告を行うことができたことから、研究計画全体は概ね順調に進んでいると判断している。

Strategy for Future Research Activity

Advanced LIGOの第二期観測が平成28年夏頃から始まるため、それまでに今年度に達成できなかった望遠鏡の自動化を完了する。Advanced LIGOの初年度から重力波が検出されたことから、第二期観測ではより頻繁に重力波アラートが来る可能性がある。このような状況に備えて、定常的に重力波アラートを待ち受け、自動で観測を開始し、自動でデータを解析する一連の環境を整備し、重力波源の可視光対応天体の発見を目指す。また、これまでは主に連星中性子星合体の場合を想定してフォローアップ観測の戦略を検討してきたが、初めて検出された重力波源は連星ブラックホール合体だったため、アラートの種類によってどのような観測戦略をとるのかを再検討する必要がある。
また、同様の観測体制で引き続きFermi/GBM, MAXI突発天体のフォローアップ観測を行う。特にMAXI天体はアラート10時間程度では1m級望遠鏡では検出できないことが明らかになってきたため、より迅速に観測を開始することで対応天体を発見し、その起源の同定を目指す。引き続き海外のグループとの共同研究を維持し、最終的には分光観測を成功させたい。

Research Products

• [Journal Article] Rapidly Rising Transients from Subaru Hyper Suprime-Cam Transient Survey (2016)
  • Author(s): Tanaka, M., Tominaga, N., Morokuma, T., Yasuda, N., Furusawa, H., Baklanov, P. V., Blinnikov, S. I., Moriya, T. J., Doi, M., Jiang, J., Kato, T., Kikuchi, Y., Kuncarayakti, H., Nagao, T., Nomoto, K., & Taniguchi, Y.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 819 Pages: 5 (15pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/819/1/5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Sodium Absorption Systems towards SN Ia 2014J Originate on Interstellar Scales (2016)
  • Author(s): Maeda, K., Tajitsu, A., Kawabata, K. S., Foley, R., Honda, S., Moritani, Y., Tanaka, M., Hashimoto, O., Ishigaki, M., Simon, J.D., Phillips, M. M., Yamanaka, M., Nogami, D., Arai, A., Aoki, W., Nomoto, K., Milisavljevic, D., Mazzali, P. A., Soderberg, A. M., Schramm, M., Sato, B., Harakawa, H., Morrell, N., Arimoto N.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 816 Pages: 57 (17pp)
  • DOI: 10.3847/0004-637X/816/2/57
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Kepler's Supernova: An Overluminous Type Ia Event Interacting with a Massive Circumstellar Medium at a Very Late Phase (2015)
  • Author(s): Katsuda, S., Mori, K., Maeda, K. Tanaka, M. , Koyama, K., Tsunemi, H., Nakajima, H., Maeda, Y., Ozaki, M., Petre, R.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 808 Pages: 49 (14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/808/1/49
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Type IIb Supernova 2013df Entering Into An Interaction Phase: A Link between the Progenitor and the Mass Loss (2015)
  • Author(s): Maeda, K., Hattori, T., Milisavljevic, D., Folatelli, G., Drout, M. R., Kuncarayakti, H., Margutti, R., Kamble, A., Soderberg, A., Tanaka, M. , Kawabata, M., Kawabata, K. S., Yamanaka, M., Nomoto, K., Kim, J. H., Simon, J. D., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 807 Pages: 35 (10pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/807/1/35
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] OISTER Optical and Near-Infrared Observations of Type Iax Supernova 2012Z (2015)
  • Author(s): Yamanaka, M., Maeda, K., Kawabata, K. S., Tanaka, M. , Tominaga, N., Akitaya, H., Nagayama, T., Kuroda, D., et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 806 Pages: 191 (14pp)
  • DOI: 10.1088/0004-637X/806/2/191
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 短時間突発天体の探査 (2016)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: HSC時間領域天文学ブレインストーミング研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台 (東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2016-03-04 – 2016-03-05
• [Presentation] Kiso Supernova Survey: Optical Followup Observations of GW Sources (2016)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 4th Annual Symposium of the Innovative Area on Multi-messenger Study of Gravitational Wave Sources
  • Place of Presentation: Kavli IPMU (千葉県柏市)
  • Year and Date: 2016-02-18 – 2016-02-20
• [Presentation] Electromagnetic Emission from Compact Binary Mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: The 25th Workshop on General Relativity and Gravitation in Japan
  • Place of Presentation: YITP, Kyoto, Kyoto, Japan
  • Year and Date: 2015-12-07 – 2015-12-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hunting for the First Moment of Supernovae (2015)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: Symposium on Supernovae and Supernova Remnants
  • Place of Presentation: 宇宙科学研究所 (神奈川県相模原市)
  • Year and Date: 2015-11-10 – 2015-11-11
  • Invited
• [Presentation] Radiative Transfer Simulations in Compact Star Mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Symposium on "Quarks to Universe in Computational Science"
  • Place of Presentation: Nara Kasugano International Forum IRAKA, Nara, Nara, Japan
  • Year and Date: 2015-11-04 – 2015-11-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] NIR observations of gravitational wave sources (2015)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: TAO/SWIMS Science Workshop 2015
  • Place of Presentation: 東京大学 (東京都文京区)
  • Year and Date: 2015-09-17 – 2015-09-18
• [Presentation] 2020年代の恒星物理 (2015)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 2015年度光学赤外線天文連絡会シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立天文台 (東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2015-09-14 – 2015-09-16
• [Presentation] Exploring short timescale transients with Subaru and Keck (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Subaru-Keck Synergy Workshop
  • Place of Presentation: Tohoku Univ. , Sendai, Miyagi, Japan
  • Year and Date: 2015-09-01 – 2015-09-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 重力波源からの可視光・赤外線放射 (2015)
  • Author(s): 田中雅臣
  • Organizer: 新学術３領域（重力波天体・地下素核研究・中性子星核物質）合同シンポジウム 「多面的アプローチで解きあかす宇宙と天体」
  • Place of Presentation: 東北大学 (宮城県仙台市)
  • Year and Date: 2015-07-24 – 2015-07-25
• [Presentation] Supernovae: Toward Multiwavelength Studies (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Paving the Way to Simultaneous Multi-Wavelength Astronomy
  • Place of Presentation: Leiden, Netherlands
  • Year and Date: 2015-07-13 – 2015-07-17
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Radioactively-powered emission from compact binary mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: Gravitational Wave Physics and Astronomy Workshop (GWPAW) 2015,
  • Place of Presentation: INTEX-Osaka, Osaka, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2015-06-17 – 2015-06-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical/infrared emission from neutron star mergers (2015)
  • Author(s): Tanaka, M.
  • Organizer: South American Supernovae (SAS) 2015
  • Place of Presentation: Santiago, Chile
  • Year and Date: 2015-04-28 – 2015-04-30
  • Int'l Joint Research