HOWPol の偏光キャリブレーションとGRB 残光の可視偏光観測

かなたミニ WS

4 年　高木 勝俊

2012/03/08

広島大学理学部 物理科学科

GRB 偏光観測の重要性HOWPol の偏光キャリブレーション

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

東広島天文台での観測体制HOWPol の偏光キャリブレーション

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

かなた望遠鏡　　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

HOWPol

HONIR

TRISPEC（ 2006 年度上原卒業論文）

HOWPol での偏光撮像HOWPol の偏光キャリブレーション

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）

器械偏光と望遠鏡角度の関係HOWPol の偏光キャリブレーション

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

調査内容・観測方法HOWPol の偏光キャリブレーション

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

結果：波長依存性HOWPol の偏光キャリブレーション

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）

2.56 +- 0.24 2.74 +- 0.19 3.11 +- 0.14

R （ 650nm）

3.53 +- 0.29 3.65 +- 0.18 3.94 +- 0.17

I （ 800nm）

4.36 +- 0.20 4.27 +- 0.16 4.48 +- 0.15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。

R バンドでは先行研究と一致（ 2010 年度小松修士論文）

結果：時角依存性HOWPol の偏光キャリブレーション

モデル関数（先行研究から）

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

再現性は十分に確認された！

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

結果：視野内の位置依存性HOWPol の偏光キャリブレーション

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？

GRB の一般モデルGRB 残光の可視偏光観測

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

GRB111228A の残光観測GRB 残光の可視偏光観測

HOWPol で BAT alert 後 162 ～ 15000s で　　　　　　　全て一露出型で偏光観測を行った

BAT Trigger 15:44:43 UTRA = 10h 00’ 16.08 “Dec = +18d 17’ 52.1”z = 0.714 ± 0.005

time マスク バンド 露出時間162 ～ 5600 Imaging R 60,300

6600 ～ 11000 NFPol NONE 300

12000 ～ 15000 NFPol R 300

観測中 GRB111228A の　　残光偏光観測に成功！

GRB111228A 光度曲線・スペクトルGRB 残光の可視偏光観測

光度曲線Steep 、 Shallow 、 Normalという　典型的なカーブを見せたSteep 　 ： 0 ～ 411s 　 α=5.500Shallow ： 411 ～ 7355s 　α=0.298Normal ： 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

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

銀河による吸収量

偏光データ結果GRB 残光の可視偏光観測

偏光度の時間変化 QU 平面プロット器械偏光を直接求めて差し引いて偏光度を導き出した

偏光度の有意な時間変動なし！

偏光モデルGRB 残光の可視偏光観測

時間によって主に 3つのPhase

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…

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