fermiガンマ線衛星で探る...
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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