ixpe衛星によるブラックホール連星の偏光観測シミュレーション ·...

IXPE衛星によるブラックホール連星の偏光観測シミュレーション

広島大学理学部物理科学科高エネルギー・可視赤外天文学

B166134

葛葉朋彦

2020/4/16

概要

概要 (アブストラクト:abstract)とは

1. 名詞

(1) アブストラクトアートの略(2) 文献などの要約・抜粋

2. 形容動詞

抽象的なさま

• 第一版 081209 : 大体の雛型作成

• 第二版 081210 : 説明文追加

• 第三版 110120 : アブスト用 tex[abst.tex]追加

目次

第 1章序論 4

1.1 背景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2 研究の目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

第 2章ブラックホール (BH)連星でのX線偏光観測 5

2.1 BH連星からの X線放射 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 偏光とは . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.3 装置のエネルギー応答 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.4 BH連星からの X線偏光 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5 Section 図と表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.5.1 図テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.5.2 表テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.6 Section 各種テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.6.1 参照 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.6.2 箇条書き . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.6.3 箇条書き番号付き . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6.4 数式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.6.5 PC用書体 (Typewriter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.6.6 ちょっとした工夫 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

第 3章 Chapter Name 16

3.1 Section図と表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.1 図テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.1.2 表テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17


第 4章 Chapter Name 19

4.1 multicols テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1.1 multicols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1.2 multicols 3段落 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1.3 図テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.1.4 表テンプレート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20


4.3 multicols 中央線表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1

第 5章まとめと今後 21

2

図目次

2.1 reference picture [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2 reference picture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.4 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.5 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.6 reference picture [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

3.1 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.2 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 図名 →が参照の書き方 [?] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.4 図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名 . 17

3.5 図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名 [?] 17

3.6 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4.1 図名 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3

第1章序論

1.1 背景研究を行う背景

1.2 研究の目的研究を行った目的

4

第2章ブラックホール(BH)連星でのX線偏光観測

　 BH連星は、BHと BHの連星系、BHと通常の恒星の連星系が存在するが、本研究では IXPE衛星での観測のターゲットである後者にハイライトする、後者を「BH連星」と記述していく。

2.1 BH連星からのX線放射　コンパクト天体 (白色矮星、中性子星、BH)は、天体の持つエネルギーが有限であるため、一旦形成

されるとただ冷えていくだけである。しかし連星系である場合、もう一方の天体からガスが降着し、重力エネルギーが解放されコンパクト天体の表面や降着ガス自身が熱放射 (X線放射)することができる。したがって、エネルギーの供給が行われるのである。　熱放射に至るプロセスでは、連星の持つ角運動量によって主星の周りにガスのリングが形成される。これを「降着円盤」という。降着円盤には粘性があり、以下の２つの働きをする。

1⃝角運動量輸送：角運動量を降着円盤の外側に輸送し、ガス降着を可能にする2⃝摩擦熱の発生：降着円盤をぐるぐる回る際、摩擦熱を発生させ、重力エネルギー

が効率よく熱エネルギーに転化される

　この２つの効果で重力エネルギーを転化させていくのである。降着円盤でのエネルギーの流れをまとめると、

重力エネルギー→運動エネルギー→熱エネルギー→放射エネルギー

となる。　降着円盤では熱が発生し放射が行われていることを述べたが、このような熱放射を行うものは降着円盤以外にもある。それは降着円盤のさらに外側にできる「コロナ」である。コロナは荷電粒子のプラズマ大気層であり、~109Kと高温である。そのため、降着円盤と同じように熱放射を行う。

2.2 偏光とは　光（電磁波）の要素である電場ベクトルと磁場ベクトルが特定の方向に振動する場合、その光のこと

を「偏光」という。　観測される自然光は偏光のない光、「無偏光」のものが多い。しかし、光の放射源である「励起状態の原子」が波束を放射する際、同じ周波数の原子が出す波束と結合され、ランダムに偏光している状態になる。この合成されランダムに偏光している光のことを無偏光という。このことから分かるように、無偏光の光

5

This space for Photograph

図 2.1: reference picture [1]

は、「偏光していない光」ではなく「偏光した光が集まってできた光」なのである。偏光された光が観測される場合は、なんらかの影響を受け、合成された光が同じ振動の光のみ取り出され、装置で観測された時である。　偏光を表す際、「ストークスパラメータ」を用い、偏光情報を表現することができる。これからストークスパラメータについて説明していく。

　まず光の進行方向 (z軸方向)に対して、垂直な２つの方向に電場の成分を Ex,Eyと分解し、電場の振幅Ex,Eyとそれぞれの位相δ x,δ yを用いて次のように表す。

Ex(z, t) = Excos(ω t− kz +δ x)Ey(z, t) = Eycos(ω t− kz +δ y)

この２式のω t-kzを消去し、δ ≡δ y −δ xとすると、

(ExEx

)2 − 2ExEx

· Ey

Eycosδ+ (Ex

Ex)2 = sin2δ

このように電場の軌跡は楕円になることが分かる。　次に楕円軌道の長軸と短軸をX軸,Y軸とし、楕円の傾きを表すため x軸とX軸のなす角をχとする。XY

座標での電場成分 EX , EY は、

EX = Excosχ+ Eysinχ EY = −Exsinχ+ Eycosχ

と表すことができ、ストークスパラメータは次の通りに表すことができる。

I = Ex2 + Ey2 Q = Ex2 − Ey2

U = 2ExExcosδV = 2ExExsinδ

また、この４式には以下の関係が成り立つ。

I2 = Q2 + U2 + V 2

χ = 12 tan

−1(UQ )

6

これらから分かることを後述する。・Iは正の値を取り、電磁波の強度に比例している。・Vは電場ベクトルの回転を表し、V > 0の時は時計回りの楕円偏光、V < 0の時は反時計回りの楕円偏光、V=0の時は直線偏光である。・Q,Uは x軸に対する楕円偏光、直線偏光の傾きを表す。Q=U=0の時は円偏光である。

　このように完全に偏光された光はストークスパラメータを用いて表すことができる。しかし、実際は無偏光な成分を持つ。そのため偏光の度合いを表す「偏光度Π」を用い、偏光情報を表現していく。偏光度Πは全強度 Iと偏光部分の強度 Ipolによって表すことができる。

Π ≡ IpolI =

√Q2+U2+V 2

I

直線偏光では、偏光面に偏光フィルターを平行 (X軸方向)に置くと最大強度 Imax、偏光面に垂直 (Y軸方向)に置くと最小強度 Imin が得られる。また、無偏光成分の強度は X軸,Y軸方向に分けられるので、

Imax = 12Iunpol + Ipol

Imin = 12Iunpol

ここで、Iunpol = I −√Q2 + U2 で、Ipol =

√Q2 + U2 であるから、偏光度は次のように表すことがで

きる。

Π = Imax−Imin

Imax+Imin

2.3 装置のエネルギー応答

2.4 BH連星からのX線偏光• \documentclass[titlepage,9pt]jreport

この 9ptを変えると文字サイズ変更

• \def\baselinestretch{1.06}この 1.06を変えると行間隔が変わる。先生に添削してもらうときには少し広げておく。

• \tableofcontens で目次挿入

• \listoffigures で図目次挿入

• \listoftables で表目次挿入

2.5 Section 図と表節には \sectionを用いる。番号は自動で振り分け。

7

2.5.1 図テンプレート

小節には \subsectionを用いる。同じく番号は自動振り分けとなる。

一つの図を表示

図の表示は \begin{figure}を用いる。詳しくはソースを参考にしてください。図には labelを付けることができ、文章中にどの図を用いているか参照番号を付けたいとき (例えば「こ

れについては図 3に記している。」といった文章にしたいとき)はその labelを refコマンドで参照していすればよい。例えば以下の図??は \label{fig:c2 picture}というラベルが貼られている (ソース参照)。これをさきほどの文にそって書くならば、

これについては図 \ref{fig:c2 picture}に記している。

と書けば良い。そう書いた結果が以下である。

これについては図??に記している。


図 2.2: reference picture

ソース

\begin{figure}[H]

\centering

\includegraphics[width=7cm,clip]{./chap2/figure/picture.ps}

\caption{reference picture}

\label{fig:c2_picture}

\end{figure}

画像へのパスは thesis.tex からの相対パスである。詳しくはソースの \includegraphicsを見てください。

8

横並びの図の表示

横並びには \{minipage}を用いる。詳しくはソースを参考にして下さい。図??及び図??は全く同じ画像の表示方法を変えたものである。\includegraphicsの angleで角度を変え

て表示させている。


図 2.3: 図名

This space

for Photograph

図 2.4: 図名

ソース

\begin{figure}[H]

%一つ目の画像\begin{minipage}[b]{.5\linewidth} %minipage幅。これは linewidthの 50%

\centering

\includegraphics[width=.8\linewidth,clip,angle=0]{./chap2/figure/picture.ps}

\caption{図名}

\label{fig:c2_picture2}

\end{minipage}

\hspace{3mm} %横に二つひっつかないようにスペースを空ける

%二つ目の画像\begin{minipage}[b]{.5\linewidth}

\centering

\includegraphics[width=.6\linewidth,clip,angle=-90]{./chap2/figure/picture.ps}

\caption{図名}


\end{minipage}

\end{figure}

9

2.5.2 表テンプレート

sectionにもラベルは付けれる。

この節は \ref{sec:tabintro}です。↓

この節は??節です。

表のテンプレートを以下の表??とソースを示す。表の説明は難しいので省略します。ソースから想像してください。

aaa bbb

ccc ddd

表 2.1: 表名

ソース

\begin{figure}[H]

\centering

\setlength{\doublerulesep}{0.4pt}

\begin{tabularx}{100mm}{|X|c|}

\hline

aaa & bbb \\ \hline

ccc & ddd \\ \hline

\end{tabularx}

\label{table:c2_table}

\tblcaption{表名}

\end{figure}

表と図を並列に表示

詳しくは表??と図??とソースを見てください。

10

aaa aaa

200

bbb bbb

ccc ccc

表 2.2: 表名


図 2.5: 図名

ソース

\begin{figure}[H]

\def\@captype{table}

\begin{minipage}[t]{.6\textwidth} %表幅\begin{center}

\begin{tabularx}{\textwidth}{|l|X|} \hline

aaa & aaa \\

& 200 \\ \hline

bbb & bbb \\ \hline

ccc & ccc \\ \hline

\end{tabularx}

\end{center}

\tblcaption{表名}

\label{table:c2_table1} %表ラベル\end{minipage}

\hfill

\begin{minipage}[c]{.38\textwidth}

\vspace{20mm}

\includegraphics[width=\textwidth,clip]{./chap2/figure/picture.ps}

\caption{図名}


\end{minipage}

\end{figure}

11

2.6 Section 各種テンプレート2.6.1 参照


図 2.6: reference picture [1]

論文の最後に参考文献を載せていて、それをここで参照している場合、図??のように書くことができる。最後に参考文献として

\bibitem{refer}参照ファイル名

としているとする。この場合、referがラベル名となる。図??はこの参照ファイルを用いているならば、図のソースの \captionの中に \cite{refer}と書けば良い。また、現在のページ下段にて参考を載せたい場合は \footnoteを用いる。このの中に書いたことがペー

ジ下に反映される。例:参照文献1

ソース

参照文献\footnote{2011/1/20 このような感じです}

2.6.2 箇条書き

• item1

• item2

• item3

ソース

12011/1/20 このような感じです

12

\begin{itemize}

\item item1

\item item2

\item item3

\end{itemize}

2.6.3 箇条書き番号付き

1. enumerate1

2. enumerate2

3. enumerate3

ソース

\begin{enumerate}

\item enumerate1

\item enumerate2

\item enumerate3

\end{enumerate}

2.6.4 数式

G[k] =

N−1∑n=0

= g[n] exp(−i2nk

N) (2.1)

ソース

\begin{equation}

G[k] = \sum_{n=0}^{N-1} = g[n] \exp(\frac{-i2nk}{N}) \label{eq:dfteq}

\end{equation}

数式は \begin{equation}によって表示できる。この中では数式を表示させるための関数を用いることが出来る。たとえば \frac{1}{2}と書けば 1

2 となる。この \fracなどは数式モードでないと使えない。数式番号は勝手に付く。ラベルは図と同じように指定。詳しくはソースを参考。数式は考えうる全ての数式が表示できる。ただしそれを一々ここに書くのは無理ですので必要な式は各

自ネットで調べてください。なお、数式を書くのに毎度毎度 \begin{equation}と書くとその度に改行されるし、文中に数式を書きたいときもある。そのときは$$で囲むとその部分だけ数式モードになる。文章中に簡単だが数式を書きたいときなどはこちらのほうがいい。

13

2.6.5 PC用書体 (Typewriter)

取り敢えず以下の宣言文とソース見てください。PC用書体には\texttt{}を用いる方法と、\begin{verbatim}を用いる方法と二つあります。多分他にもあります。以下は \begin{verbatim} を用いる方法。そもそも\begin{verbatim}は emacsなどのエディタで書かれている通りに表示する方法なのだが、この場合自動でPC用書体になるのを利用している。今までのソース表示はほぼこの \begin{verbatim}を用いている。

library IEEE;

use IEEE.std_logic_1164.all;

entity sample is

port ( A : in std_logic;

B : in std_logic;

Out1 : out std_logic;

Out2 : out std_logic);

end sample;

ソース\begin{quote}\setlength{\baselineskip}{12pt}\begin{verbatim}

library IEEE;


entity sample is

port ( A : in std_logic;

B : in std_logic;

Out1 : out std_logic;

Out2 : out std_logic);

end sample;

\end{verbatim}\end{quote}

2.6.6 ちょっとした工夫

• 太字 1

太字 2

適当な文章

ソース

14

\noindent %改行無し\textgt{太字 1}\\ %太字\textbf{太字 2}\\

適当な文章

• \noindentで以下の段落だけ段落減らしがなくなる (段落最初の一文字へこみがなくなる)。

• \\で改行。

• emacsで空行があると勝手に次段落にしてくれる。

• 長い文章でどうにか一つのページに納めたいときは \samepage を使う。\begin{figure}などなんらかの beginの中にて用いる。

• 改ページをするときは \newpage

• 空白行は \vspace{\intextsep}

15

第3章 Chapter Name

3.1 Section図と表3.1.1 図テンプレート


図 3.1: 図名

——————–


図 3.2: 図名

This space

for Photograph

図 3.3: 図名 →が参照の書き方 [?]

——————–

16


図 3.4: 図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名


図 3.5: 図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名図名 [?]

——————–


aaa bbb

ccc ddd

表 3.1: 表名

——————–

aaa aaa

200

bbb bbb

ccc ccc

表 3.2: 表名


図 3.6: 図名

17

3.2 Section 各種テンプレート• item1

• item2

——————–

1. enumerate1

2. enumerate2

——————–

G[k] =

N−1∑n=0

= g[n] exp(−i2nk

N) (3.1)

——————–

library IEEE;


——————–

状態適当な文章

18

第4章 Chapter Name

4.1 multicols テンプレート4.1.1 multicols

ここは二段落に分けるためのテンプレートである。二段落に分けることによって余計なスペースを節約することができ、金銭面で多大なメリットが生まれることは間違いがない。ただしうまく文章を書かないと非常に見にくくなるので注意が必要である。また、大きい写真を表示するのも少しめんどくさい。しかし、ちょっとしたレポートなどにはこのよう

な省スペースな文章の方がよいときもあると思われるのでここに示しておく。週報にもオススメ！二段落に分けるためには \begin{multicols}{2}で

beginする。\end{multicols}によって囲まれた部分が二段落になる。数値の {2}を {3}とかに変えれば三段落になる。

4.1.2 multicols 3段落

これが multicols の三段落である。テストテストテストテストテス

トテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテス

トテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテス

トテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテストテスト

19

4.1.3 図テンプレート


図 4.1: 図名

——————–


aaa bbb

ccc ddd

表 4.1: 表名

4.2 Section 各種テンプレート

• item1

• item2

——————–

1. enumerate1

2. enumerate2

——————–

G[k] =

N−1∑n=0

= g[n] exp(−i2nk

N) (4.1)

——————–

library IEEE;


——————–

状態適当な文章

4.3 multicols 中央線表示

multicolsではデフォルトで中央線が無い。中央線を表示するためには

\setlength{\columnseprule}{0.5pt}

を用いる。これを \begin{multicols}{2}の前に宣言

しておけば中央線が表示できる。

\setlength{\columnseprule}{0pt}

で非表示になる。

20

第5章まとめと今後

本研究では 12月 25日におけるクリスマスの存在意義について議論してきた。クリスマスに一人でディズニーランドに入園したことのある私としては、クリスマスは敬虔なキリスト教徒の方が「神さまが人間として産まれてきてくださったこと」を祝うためのものであることをみんな忘れているのではないだろうかと思う。ただでさえキリスト教徒でもない人がキリスト教徒のミサを汚すようなことをしていいのだろうか。これは十字架のアクセサリを付けている人にも当てはまることである。その十字架の紋章としての意味も知らずに身につけているのは、外人が日本語がかっこいいといって訳の分からない漢字を彫っているのと同様である。憤りと憐れみしか感じない。クリスマスは敬虔なキリスト教徒の祈りのためにある。キリスト教徒でもない人のものでもないし、ま

してやカップルがいちゃつくためのものでもない。クリスマスをクリスマスと喜んで祝うのであれば改宗するか、正月に雑煮を食べないようにしてほしい。昨今の日本では宗教に入れば怪しい壷を買わされる、事件を引き起こすといった悪いイメージが横行している。しかし、今日までの科学的、芸術的な発展、そしてモラルの確立には様々な宗教が多大な影響を与えていることは間違いのない事実である。宗教というのは何故存在するのか、そしてそれを知ったうえでクリスマスは何故あるのかをよく考えてほしい。俺?彼女いたらやっぱクリスマスに遊ぶ。めいっぱい遊ぶ。今後なんてねぇよ。

21

謝辞

すみません。Excuse me.

Verzeihen Sie mir.

対不起Excusez-moi.

Mi dispiace.

Извините.

Desculpe-me Perdao.

mihi ignoscas.

22

関連図書

[1] 松岡正之「地球の爆発時におけるゴキブリと炒飯の相対的事象平均の解明について」

[2] 資料や文献を調査する上で非常に役に立つ HP

[3] クリスマス殲滅委員会 HP

[4] クリスマス終了のお知らせ 2008

具体的な参照資料名

23

ixpe衛星によるブラックホール連星の 偏光観測シミュレーション ·...

Documents

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