Exploring the Structure near Black Holes using Millisecond Timing, Spectral X-Ray Observations, and Advanced Data Analysis Techniques

使用毫秒定时、光谱 X 射线观测和高级数据分析技术探索黑洞附近的结构

• 批准号: 22KJ1431
• 负责人: 大間々 知輝
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: The Graduate University for Advanced Studies
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1431/
• 关键词: ブラックホール; X線連星; データ科学; 統計

本研究は、ブラックホールX線連星の周辺構造をスペクトルとタイミングの同時解析から解明することである。解明に向け、観測装置較正、解析手法の開発、数理シミュレーションの3つから研究を行っている。当年度は観測装置較正と解析手法の開発に注力した。まず観測装置較正について述べる。2023年度に打ち上げ予定のXRISM衛星に搭載するResolve検出器で検出するX線光子の飛来時間は、光子のエネルギー、飛来した検出器内での位置、前後の光子との関係性などによってズレることが分かっている。本研究では、打ち上げ前の試験データを用いて、時間差のデータベースを作成した。これにより、打ち上げ後のデータを用いた時系列解析を精度高く行うことができる。この成果は、7月にカナダで行われた国際学会で発表した。次に、解析手法の開発について述べる。ブラックホールX線連星のエネルギースペクトルとタイミングの解析は、データの統計的な問題からどちらかのみに特化したデータが得られることがほとんどであり、同時解析手法が発展してこなかったと言える。しかし、2017年に打ち上げられたNICER装置によって、エネルギースペクトル解析に十分なエネルギー分解能かつ高時間分解能なデータが取得できるようになり、同時解析手法の開発の機運がますます高まっている。本研究ではデータ科学や機械学習的な手法を駆使して新たな開発を行うことを目的としている。当年度では、エネルギースペクトルとタイミングの同時解析手法の統計モデルのベースを考案し、実際にエネルギースペクトルとタイミングの同時解析に成功し、従来法ではアクセスできなかった結果を得ている。また、この開発に先立ち、得られるデータの時間的な特徴を調査し、関連する研究を2023年3月にThe Astrophysical Journalに投稿した。

这项研究旨在通过同时分析光谱和时机来阐明黑洞X射线二进制恒星的周围结构。为了澄清，我们从三个部分开始进行研究：观察装置校准，分析方法开发和数学模拟。今年，我们专注于观察设备校准和分析方法的开发。首先，我们将讨论观察装置校准。众所周知，安装在计划于2023年发射的XRISM卫星上检测到的X射线光子飞行时间由于光子的能量，其在机载检测器中的位置及其与光子之前和之后的关系而差异。在这项研究中，使用预发射测试数据创建了时间差异数据库。这允许在启动后使用数据执行时间序列分析。结果是在7月在加拿大举行的国际会议上提出的。接下来，我们将讨论分析方法的开发。在分析黑洞X射线二进制恒星的能量谱和时机中，仅根据统计数据问题获得了专门针对一个或另一个的数据，并且可以说尚未开发同时分析方法。但是，2017年推出的更好的设备允许具有足够的能量分辨率和高时间分辨率进行能量谱分析的数据，从而增加了开发同时分析方法的动量。这项研究旨在使用数据科学和机器学习方法进行新的发展。在这个财政年度，我们设计了一个统计模型基础，用于同时分析能量光谱和时间安排，并实际上成功地分析了能量谱和时机，从而导致使用常规方法无法访问结果。在此开发之前，我们还研究了2023年3月获得的数据的时间特征，并将相关研究提交给了天体物理学杂志。