X線偏光観測最前線 December 01, 2007 Tsunefumi Mizuno Hiroshima University

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1 X線偏光観測最前線 December 01, 2007 Tsunefumi Mizuno Hiroshima University
Dean et al., Science 321, 1183 (2008) Forot et al., ApJ L29 (2008) and references therein

2 Introduction: Polarization
光子の物理量 振動数(エネルギー)：分光 向き：撮像 ベクトルの向き：偏光 偏光観測は、放射機構を一意に決め(シンクロトロン、コンプトン散乱)、系のジオメトリを直接知る(磁場構造、円盤の存在・向き)唯一絶対の手段

3 Introduction: Past Polarimetry Measurement
Crab Nebula Polarization measurement with OSO-8 (1976) Modulation curve for 2.6 keV Crab Nebula signal+BG BG Two carbon Bragg diffraction polarimeters @2.6 keV and 5.2 keV % polarization from Crab Nebula (Weisskopf et al. 1976) Signal/BG ratio was ~9(2.6 keV)/2(5.2 keV) その後30年以上に渡り、有意な偏光観測の報告がなかった。 no measurement above 10 keV no measurement other than Crab Nebula

4 Breakthrough! 今年8月、ついにIntegralにより、Crab Nebulaから100 keV以上で初めての偏光観測が報告された。

5 Integral SPI Measreument
SPI results (in keV): pol angle 123 +/- 11deg Pol degree 46 +/- 10 % Error is dominated by systematics. Pol angle is well aligned to the pulsar rotation axis (124 +/- 0.1deg) Below 10 keV, pol angle and degree is ~155 deg and ~20 %, respectively (Weisskopft et al. 1976). Energy dependence!

6 Evaluation of Systematic Error (1)
pol angle:124 +/- 11 deg pol angle:122 +/- 7 deg Divide data in 5 segments and evaluate the systematic uncertainty of pol angle and pol degree pol angleは比較的安定。=>各segmentでのbest fit値のばらつきで誤差を評価 pol degreeはばらつきが多い。=>より細かい時間に分けて調べる。

7 Evaluation of Systematic Error (2)
Subdivide entire phase into smaller bins and calculate the mean and error of pol degree (たぶん、ばらつきから誤差を出している). => best estimate (46 +/- 10%) obtained as the weighted mean and standard variation of all trials.

8 Second Impact! 先月Fermiゼミで紹介した論文がApJから出版された。これを読み、議論するのが、今回偏光を題材にしたモチベーション。(astro-ph版は図が乱れて意味不明だった)

9 Method & Systematics 基本的には、モジュレーションカーブを描いて偏光度とベクトルを算出。 2hit events(3.8 ms window)を用いる。ほとんどはBG事象(source/sky/BG間chance coincidenceなど)。 Compton kinematicsでcutをかける IBISの「全イベント」を用い、chance coincidenceを予想/差し引き Deconvolution(“shadowgram”)でさらにBG除去 chance coincidence事象を解析すると、pol. pegree=15 %, pol angle=175.1 deg

10 Hard X-ray Polarization of Crab Nebula
OP ( ) +/-2000 10000 SPIの点 OP+B Pulse成分のみでは有為なpolなし 可視・radioで大きくpol angleが変わる領域 Chance coincidence事象とは異なる偏光パタン=>OP領域での偏光は有為 P1&P2

11 Discussion (1) ある意味、ライバルミッションの結果なので、辛口になるのかもしれませんが。。。
SPI … Modulation Curveがないので、そもそも判断不能 IBIS … BGが大きく、差し引きが大事 他の天体(Cyg X-1など)でcheckするべきだが 正直論文の内容に完全に満足してはいないが、気を取りなおして中身のDiscussionへ進む。

12 Discussion (2) 極めて高いpol degree 46% (SPI)、>=72% (IBIS)
電子のspectral index p=3.454+/-0.026(Kuiper et al.)を仮定すると、77%が最高の偏光度 Energy Dependent! softXでは、~20%, ~155deg (Weisskopf et al. 1976) optical では ~8.1+/-0.4%, 152+/-2deg in pc (Smith et al. 1998, Slowikowska et al. 2007) ~33%, 118.9deg in 0.01pc (Slowikowska et al. 2007) 47+/-10%, 130deg in 0.01pc (Smith et al. 1998) つまり、高エネルギー電子ほど、中心に集中し、磁場がそろっていると考えられる。この描像の確立には、 keVの高精度偏光観測が極めて重要。