Suzaku/XIS による SN1006 の観測

060621 CRcolloQ

山口　弘悦

Contents

• 世界各国の記録と光度曲線• Suzaku による観測（の、中間報告）

日本の記録：明月記藤原定家 (1162-1241) が過去の記録をまとめる。

実際に観測し、記録したのは安倍吉昌 (?-1019)晴明の次男・陰陽頭

一條院 寛弘三年 四月二日 葵酉 夜以降 騎官中 有大客星 如螢惑 光明動耀 連夜正見南方 或云 騎陣将軍星本体 増変光

騎陣将軍 (Kijin-Shogun) Lupusκ

1006 年 5 月 1 日

中国の記録宋会要輯稿五月一日 (1006 年 5 月 30 日 ) 司天監言先四月二日 ( ５月１日 ) 夜初更，見大星，色黄，出庫楼東、騎官西，漸漸光明，測在氐三度。

宋史天文志景徳三年四月戊寅（５月６日），周伯星見，出氐南騎官西一度，状如半月，有芒角，煌煌然可以鉴物，历庫楼東，八月，随天轮入浊，十一月，復見在氐。

杭州 ‥ 南宋の都・臨安　　蘇州に並ぶ中国屈指の景勝地北緯～ 30° （屋久島と同じくらい）　→　日本より長く観測できた。

岳王廟（岳飛の墓）

秦檜とその妻（晒し者）

各国の記録明月記（ Japan ）：　寛弘三年四月二日 (= 5/1)… 如螢惑（＝火星）

Ibn al-Jawzi （ Baghdad ） ：　 A large star similar to Venus appeared to the left of qibla. at the beginning of the month of Sha’ban (= 5/3).

Ali ibn Ridwan （ Egypt ） ：　 2and a half to 3 times as large as Venus.The intensity of its light was a littlemore than a quarter of that moonlight.(5/5?)

宋史天文志（ China ） ：　景徳三年四月戊寅 (=5/6)… 如半月

-2 等級

-4 等級

大きさ : 75’’, -8 等級

-10 等級参考： 満月 = -12.6 等級、金星 = 最大 -4.6 等級

Li ght Curve of SN1006

- 4- 202468

1012

0 50 100 150 200 250

Days f rom May 1, 1006

-mag

nitu

de

Ia 型絶対等級（極大） = -20距離 = 7100 光年 = 2.2kpc → 視等級 ～ -9

Suzaku の観測

XIS-BI 0.3 - 5.5 keV image

43.5ksec

62.4ksec

59.1ksec 61.6ksec

2005/9 と 2006/2 に4pointing (+ BGD 2pt) 観測

観測の目的SN1006 の shell からシンクロトロン X 線の発見

Koyama et al. (1995)

→ ～ 100TeV 電子の存在を示唆

SNR では粒子加速が起こっている

加速現場の物理状態は？Temperature 0.1 - 1.5 keV‥ Density 0.1 - 10 cm‥ -3 → 　要するにイマイチよくわかっていない。

ASCA image of SN1006

10’

Non-thermal 成分との切り分けが重要( 特に O 輝線を連続成分と分離すること )

XIS-BI が最適か？

Bamba et al. 2003

有効面積は XMM の方が圧倒的に大きい。

黒： XIS-BI赤： EPIC-MOS青： EPIC-pn

0.57keV 0.91keV 6.4keV

低エネルギー X 線に対する分解能・レスポンスに優れる　　　　→ continuum との切り分けが比較的容易

BI CCD はそんなにエライのか？　低エネルギー側の検出効率が　高いと言いますが‥、

Suzaku の特長

実は XMM に負けている。しかも contamination で検出効率は劣化する一方。。 orz…

北東部全体のスペクトル

Black : XIS-BIRed : average of 3 XIS-FIs

He-O

H-O

Non-thermal emission

OVII, OVIII 輝線がはっきりと分離できましたよ。

He-O band

3 - 5 keV band

Narrow band images

3 - 5 keV band He-O line band

Distributions of thermal plasma (line emission) and non-thermal electron (synchrotron emission) are different.

Narrow band images

北東部だけでも分布がかなり異なる。

Narrow band images

南西部：北東部ほど顕著な差はない

Chandra の image

北東部に少なくとも２つのfilament 状構造

A few 10 arcsec の極めて狭い領域で粒子加速が起こっている。(Bamba et al.2003)

北側がより出っ張っている。(Rothenflug et al. 2004)

緑枠は XIS の FOV

ACIS 0.5-2.0keV image

Non-thermal が強い部分は北側の filament と一致。

Color: XIS, Contour: ACIS

3-5 keV OVII band

東側の filament の内側でthermal （輝線）が強い。

そういうわけで、左図の４ヶ所からスペクトルを抽出。

　 North rim と その内側　 East rim と その内側

　 BGD BGD‥ 観測　　　　　　　 CCD 上同じ位置

North rim

East rimNorth inner

East inner

East rim と North rim

まずは FI ３台を足したスペクトルの 2-10keV をpower-law で fitting

黒： East rim赤： North rim

Γ Surface brightness (2-10keV)

East rim 2.95 (2.89-3.02) 2.4E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

North rim 2.77 (2.73-2.81) 3.0E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

North rim の方が明るい　→　 image と consistentさらに North rim の方が hard 　→　加速効率が良い？

χ2 (dof) = 0.99 (519)

次に thin-thermal を決めたい　→　 BI-CCD を使う。

BI でも輝線がほとんど見えないので難しそう。→ 　とりあえず後回し。。

2-10keV で決めた power-law は固定0.4keV まで延ばし、吸収と thin-thermal model を加える

Γ Surface brightness (2-10keV)

East inner 3.20 (3.13-3.26) 1.5E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

North inner 2.97 (2.93-3.01) 2.0E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

輝線の強そうな rim の内側から先に調べますが？

rim より比較的 soft で暗い。やはり北側の方が hard

χ2 (dof) = 1.04 (597)

黒： E inner赤： N inner

χ2 (dof) 　　 = 1.97 (974)

wabs * (VNEI + pow)

kT(keV) net(s cm-3) Surface brightness (0.4-2keV)

E inner 0.17 1.7E11 1.5E-12 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

N inner 0.36 1.1E9 4.8E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

NH = 1.87E21 (H cm-2)abundances O = 1.3

Ne = 0.2Mg = 2.1

２領域で一定と仮定。

East: 低温・高密、 North: 高温・低密の傾向？

ところで fitting 合ってませんが？

レスポンス（分解能）の精度に問題ありもうちょっとまってください。

χ2 (dof) = 1.97 (974)

χ2 (dof) 　　 = 1.36 (911)

最後にさっき後回しにしたrim について、吸収、 abundance をinner region で求めた値に固定して thin-thermal 成分を求める。

kT(keV) net(s cm-3) Surface brightness (0.4-2keV)

E rim 0.25 (0.21-0.31) 2.7E9 4.7E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

N rim 0.52 (0.45-0.66 4.3E8 4.1E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

thermal 成分の傾向は inner region と同じ極めて non-thermal dominant

discussion

kT(keV) net(s cm-3) Surface brightness (0.4-2keV)

E rim 0.25 2.7E9 4.7E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

N rim 0.52 4.3E8 4.1E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

E inner 0.17 1.7E11 1.5E-12 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

N inner 0.36 1.1E9 4.8E-13 [erg cm-2 s-1 arcmin-2]

thermal 成分

rim はまさに加熱が起こっているのでinner に比べて電離度が低い東側は北側に比べて密度が高く、電離が進みやすい

電子温度→電離温度（ SNR の進化）

discussionnon-thermal 成分

kT(keV) Γ

East rim 0.25 2.95 (2.89-3.02)

North rim 0.52 2.77 (2.73-2.81)

East inner 0.17 3.20 (3.13-3.26)

North inner 0.36 2.97 (2.93-3.01)

外側の方が hard （加速現場）

北側（高温）の方が hard

加速源（衝撃波）のエネルギーの差を反映？北側が半径大 = 衝撃波速度大

East

North

まとめ• Suzaku/XIS により、 Chandra で見えた２

枚の filament の性質を明確に区別できた。• 北側がより高温・低密、 non-thermal は h

ard

• 外側ほど高温で hard

• 結局はレスポンスの精度向上が必須課題

Thermal X-ray from SNRsWe can get the information of temperature and density

from thermal X-ray spectrum of SNR !

Shock front of SNR heats the matter up to a temperature of a few keV ( ～ 107 K), and emits X-rays (bremsstrahlung and line emissions).

Electron temperature the shape of the bremsstrahlung continuum‥Density the flux of the continuum and the line emissions‥

Brems: I(ν) (hν)∝ -0.4 exp(-hν/kTe) ・ nenpVLine: Iz n∝ enzV

ne = electron density, np = proton densitynz = ion density, V = volume of emission region

Thermal X-ray from SNRs

He-like ion H-like ion

IonizationHe-like H-like Fully ionized

1 10 100 103 104

Electron temperature (eV)

Oxygen ionization fraction vs. electron temp.

Non-equilibrium ionization (NEI)

At low density, Te ≠ Tz

Ionization equilibrium requires ～ 103 years !

He-like H-like Fully ionized

106 107 108 109 1010 1011 1012

net (cm-3 s)

Oxygen ionization fraction vs. net (for kTe=1.5keV)

Higher temperatureHigher density Higher ionized state

Neutral

Neutral