HOWPolの偏光キャリブレーションと GRB残光の可視偏光観測

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1 HOWPolの偏光キャリブレーションと GRB残光の可視偏光観測
2012/03/08 かなたミニWS HOWPolの偏光キャリブレーションと GRB残光の可視偏光観測 広島大学理学部 物理科学科 4年　高木 勝俊

2 GRB偏光観測の重要性 かなたを用いた観測研究の大きな目標 残光は時間のべき乗で減光 → 一刻も早い観測が必要 偏光＝揃った磁場からの放射
HOWPolの偏光キャリブレーション GRB偏光観測の重要性 かなたを用いた観測研究の大きな目標 　　ガンマ線バースト（GRB）の初期残光の可視偏光データ取得 残光は時間のべき乗で減光 　→　一刻も早い観測が必要 偏光＝揃った磁場からの放射 　→　磁場構造・周辺の幾何構造 　　　　　（特にGRBの場合、初期宇宙論へ発展も） 　　　　 X線やガンマ線での観測は難しいので可視光での観測が重要

3 東広島天文台での観測体制 かなた望遠鏡 GRB自動観測モード 一露出型偏光撮像器HOWPol HOWPolの偏光キャリブレーション
　　口径1.5m、世界最高水準の機動性 　　大学が所有＝豊富な観測時間 　　突発天体に特化した検出器 一露出型偏光撮像器HOWPol 　　（Hiroshima One-shot Wide-field Polarimeter） 　　広い視野+1露出での偏光撮像が可能 　　時間変動に強いのでGRB観測に適している HOWPol GRB自動観測モード GRB観測専用衛星Swift-BATでGRBを 検出したとき、かなた望遠鏡で観測可能 ならば1分程度で自動的に偏光観測を開始 HONIR TRISPEC （2006年度上原卒業論文）

4 HOWPolの偏光キャリブレーション HOWPolでの偏光撮像 HOWPolでは直線偏光を検出する 通常とは違い、1回の露出でデータ取得可能 狭視野マスク 視野を絞る（スカイの切り分け） ダブルウォラストンプリズム 光を0度、45度、90度、135度の 直線偏光成分に分ける GRBモード マスクを使わない、band=R （位置誤差が大きいため）

5 HOWPolの偏光キャリブレーション 器械偏光と望遠鏡角度の関係 HOWPol・・・ナスミス焦点に設置 → 第3鏡での反射を経由 ＝ 器械偏光が生じる キャリブレーションが必要！ 器械偏光は望遠鏡の高度に依存することが分かっている

6 HOWPolの偏光キャリブレーション 調査内容・観測方法 第3鏡での反射が主要因の器械偏光のキャリブレーション ・光学的性質 波長依存性 ←先行研究でRバンドは既に調査済 視野内位置依存性 ・安定性 時角に対する安定性 ← 先行研究でモデル関数が確立 望遠鏡メンテ前後などの安定性 観測 無偏光標準星HD14069 V band ～ 9.0mag 観測期間 ： 2011/11/16～2012/01/17

7 結果：波長依存性 狭視野偏光撮像モードでV,R,Iバンドを調査 偏光データをQU平面上にプロットすると データ点は円を描くことが期待される→
HOWPolの偏光キャリブレーション 結果：波長依存性 狭視野偏光撮像モードでV,R,Iバンドを調査 一露出型 半波長板回転型chip0 半波長板回転型chip1 V（550nm） R（650nm） I（800nm） Rバンドでは先行研究と一致 （2010年度小松修士論文） 偏光データをQU平面上にプロットすると 　　　　データ点は円を描くことが期待される→ ストークスパラメータ 偏光を記述するためのパラメータ。 偏光度P、偏光方位角θとストークスパラメータQ、Uの関係は右図のとおり。

8 結果：時角依存性 モデル関数（先行研究から） HOWPolの偏光キャリブレーション 時角とは 観測地の子午線を通過してから経過した時間
つまり望遠鏡の角度に依存する モデル関数（先行研究から） パラメータ 　　HA ： 時角 　　Φ ： 観測地の緯度 　　δ ： 天体のDec モデル関数は時角さえ分かれば 任意の天体観測時の器械偏光が 導き出せるということを意味する 再現性は十分に確認された！

9 結果：視野内の位置依存性 マスクなし偏光撮像モードでRバンドを調査 視野中心からの器械偏光 南北方向：1.5%程度 東西方向：30%程度
HOWPolの偏光キャリブレーション 結果：視野内の位置依存性 マスクなし偏光撮像モードでRバンドを調査 　（GRBモードと同じ） 視野中心からの器械偏光 　　南北方向：1.5%程度 　　東西方向：30%程度 東西方向はフラットの段差の影響？

10 GRBの一般モデル GRBとは・・・短時間に大量のガンマ線をジェット状に放出 γ線で明るく光った後、残光としてX線～電波までの放射が確認
　　　　　　　　発生機構は謎　　大質量星の爆発に伴って起こる現象？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　連星衝突に伴って起こる現象？ 放射機構はプロンプト・残光ともにシンクロトロン放射が最有力 プロンプト放射 残 光

11 GRB111228Aの残光観測 観測中GRB111228Aの 残光偏光観測に成功！ GRB残光の可視偏光観測
　　残光偏光観測に成功！ BAT Trigger 15:44:43 UT RA = 10h 00’ “ Dec = +18d 17’ 52.1” z = ± 0.005 HOWPolでBAT alert後162～15000sで 　　　　　　　全て一露出型で偏光観測を行った time マスク バンド 露出時間 162～5600 Imaging R 60,300 6600～11000 NFPol NONE 300 12000～15000

12 GRB111228A光度曲線・スペクトル 光度曲線 スペクトル・SED GRB残光の可視偏光観測
Steep、Shallow、Normalという 　典型的なカーブを見せた Steep　 ：0～411s　 α=5.500 Shallow：411～7355s　α=0.298 Normal ：7355～s　 α=1.214 かなたを含む可視光残光観測でbreakのある光度曲線を確認 スペクトル・SED 銀河による吸収量 + + + + X線と可視のデータの天の川銀河・母銀河 での吸収を補正したSED作成中… + + + + + + + + + + 可視 X線

13 偏光データ結果 偏光度の有意な時間変動なし！ 器械偏光を直接求めて差し引いて偏光度を導き出した GRB残光の可視偏光観測 偏光度の時間変化
QU平面プロット 偏光度の有意な時間変動なし！

14 偏光モデル 時間によって主に3つのPhase GRB残光の可視偏光観測 時間 プロンプト 残光（before jet break）
残光（after jet break） 見ている場所 シェル シェル＋星周り物質の一部 シェル＋星周物質の全て Jet breakによってシェル全体が だんだん見えてくる（θ～1/Γ） 例えば一様磁場モデルの場合 偏光度は60%程度？ 　　時間が経ったとき偏光度は大きくは変化しない 　　　　　　　　　　　　　偏光方位角は変化する この他、一様トロイダル磁場モデル、 プラズマスケールランダム磁場モデル、 流体スケールランダム磁場モデル、 コンプトン散乱モデル、光球放射モデルなど勉強中…

15 まとめと今後 まとめと今後 HOWPolの偏光キャリブレーション ・波長依存性・・・V：2.8%、R：3.8%、I：4.4%程度の器械偏光 ・時角依存性・・・モデル曲線の再現性十分 ・視野内位置依存性・・・東西方向にフラットの影響大 GRB残光の可視偏光観測 ・可視偏光の時間変化を追うことに成功 ・偏光度は5～10%、有意な時間変動はない 今後 ・Swiftの解析方法を勉強中（上原さんから） ・X線と可視のデータを合わせた結果