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

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。

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。