井上 芳幸(京大 学振DC1)

共同研究者：井上進(京大)、 小林正和(国立天文台)、

戸谷友則(京大)、 片岡淳(早稲田)、佐藤理江(JAXA)

SWANS研究会

Fermiガンマ線衛星で探る高赤方偏移ブレーザー：

宇宙再電離、高赤方偏移UV背景放射の解明に向けて

1

http://fermi.gsfc.nasa.gov/

Fermi ガンマ線衛星

2

Energy range : 20 MeV - 300 GeVAngular resolution : 0.6° @ 1GeVFoV : 2.4 sr 1-year sensitivity (>100 MeV) : 3e-9 photons/cm2/s

http://www.hep.konan-u.ac.jp/research/AugerJapan/PRagnJapan/about_AGN_J.html

Blazar : 系外ガンマ線天体

Inverse Compton

41

42

43

44

45

46

47

48

49

-5 0 5 10

Lo

g10

L(e

rg s

-1)

Log10 E (eV)

GeV

Synchrotron

Log10 (Energy [eV])

Log 1

0 (ν

L ν [e

rg/s

])

(Fossati+’97,’98; Kubo+’98; Donato+’01, but see also Padovani+’07)

Blazarの想像図 Blazar SED Sequence

3

以下の２つを基にガンマ線光度関数を構築

•Blazar sequence SED.

•AGN X線光度関数 (XLF, Ueda+’03:hereafter U03)。“Ljet, bol ∝Ldisk, X

“を仮定(Ghisellini+09)。

EGRETのデータを基にガンマ線光度関数に制限。

Redshift z log(Lγ [erg/s])

dN

/log(

L γ)

dN

/log(

z)

Redshift Distribution Luminosity Distribution

Blazarガンマ線光度関数 (GLF: YI & Totani ’09, IT09)

4

10-4

10-3

10-2

10-1

10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106

E2 dN

/dE

(MeV

2 cm

-2 s-1

MeV

-1 sr

-1)

Photon Energy (MeV)

EGRET (S98)EGRET (S04a)

EGRET (S98+S08)

Blazar: U03 (q, γ1)Non-blazar (Γ=3.5): ITU08Non-blazar (Γ=3.8): ITU08

Blazar + Non-blazar (Γ=3.5)Blazar + Non-blazar (Γ=3.8)

HEAO-1Swift/BAT

SMMCOMPTEL

X-ray MeV GeV

AGNs

blazars

YI & Totani ‘09arXiv:0810.3580 5

AGN起源の宇宙X線ガンマ線背景放射

X-ray MeV GeV

AGNs

blazars10-4

10-3

10-2

10-1

10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106

E2 dN

/dE

(MeV

2 cm

-2 s-1

MeV

-1 sr

-1)

Photon Energy (MeV)

Blazar: U03 (q, 1)Non-blazar ( =3.5): ITU08Non-blazar ( =3.8): ITU08

Blazar + Non-blazar ( =3.5)Blazar + Non-blazar ( =3.8)

EGRET (S98)EGRET (S04a)

EGRET (S98+S08)Fermi

YI & Totani ‘09arXiv:0810.3580 5

AGN起源の宇宙X線ガンマ線背景放射

Fermi Data from TeV conf.@0907

EGRET blazarは全てz<3。U03 AGN XLFもz＞３の進化についてはよくわかっていない。IT09のblazar光度関数の高赤方偏移での進化は不定性あり。SDSS Quasarのデータからz<6までIT09モデルに制限。

AGN LF

10-9

10-8

10-7

10-6

-28-24

z=3.75

(Mi[z

=2

]) [

Mp

c-3

mag

-1]

-28-24

z=4.25

Mi[z=2]-28-24

z=4.75

SDSS dataU03 : originalU03 : p2=3.5

R06

10-9

10-8

10-7

10-6

z=2.01 z=2.40 z=2.80 z=3.25

10-9

10-8

10-7

10-6z=0.49 z=0.87

z=1.25 z=1.63

6

High-zでのBlazar光度関数進化

Fermiによる５年サーベイで~1 blazar @ z~7。

N(>

z)

z~7

5-years survey

0.1

1

10

100

1000

0 2 4 6 8 10 12 14

N(>z

)

z

Flim(>100MeV)=1×10-9 photons/cm2/sU03(q)

U03(q, 1)U03(q, 1): p2=3.5

Redshift z

7

U03 LFU03 LF+SDSS

Fermi blazar @ z~7

観測者系

Mitaka model : Low-z(z<7)銀河の観測データを再現する準解析的銀河形成モデル, Pop IIIなし(Nagashima & Yoshii ’04)。S.Inoue+09 model : 高赤方偏移(z>6)の再電離のデータを再現するモデル(Pop IIIあり)。

0.1

1

10

100

z=0.1

Opt

ical

Dep

th

z=0.3 z=1.0 z=3.0

0.1

1

10

100

1 10 100

z=5.0

Mitaka modelKneiske+04S.Inoue+09

1 10 100

z=6.0

Energy (GeV)1 10 100

z=7.0

z=0.1 z=0.3 z=1.0 z=3.0

z=5.0 z=6.0 z=7.0

8

GeVガンマ線吸収で解き明かす高赤方偏移宇宙

γ(>GeV)+γUV→e++e-. GeV スペクトルの吸収成分からUV-背景放射(Pop II, Pop

III)に制限 (Oh ’01, Gilmore+09,

S.Inoue+09)。

Opt

ical

Dep

th

1

1

X-ray AGN光度関数と可視AGN光度関数のずれ

10-9

10-8

10-7

10-6

0 1 2 3 4 5 6 7

(z,

Mi[z

=2

]<-2

7.6

) [M

pc-3

]

Redshift z

SDSS : R06SDSS: F04

U03 : originalU03 : p2=3.5

R06

X-ray LF (Ueda+’03)

•Luminosity dependent density evolution•Type 1,2•データはz＜３

Opt. LF (Richards+’06)

•Pure luminosity evolution•Opt. Type 1のみ•データはz~6

1.5桁

X-ray

Opt.

Redshift z

AGN Density

可視AGNとX-ray AGNの種族の違い

X-ray selected 低光度 Type I AGNの半数はOpt.type II.

log NH log NH log NH

Op

t. t

ype2

frac

tion

X-ray type1

Ueda+’03

X-ray type1 X-ray type1

log Lx<43 log Lx=43-44.5 log Lx>44.5

まとめ

Fermiによる最新の宇宙ガンマ線背景放射のデータと一致したモデルを基にhigh-z blazarの数を予測。

Fermi衛星でz~7ガンマ線blazarが見つかるかもしれない(~5-year survey)。

高赤方偏移ガンマ線天体のGeVガンマ線スペクトルからHigh-z UV-background (early star formation)を解明できる。

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