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。

这项研究旨在通过光谱和计时的​​同步分析来阐明黑洞X射线双星的外围结构。为了阐明这一点，我们正在三个领域进行研究：观测设备的校准、分析方法的开发和数学模拟。今年，我们的重点是校准观测设备和开发分析方法。首先，我们将讨论观测设备校准。计划于 2023 年发射的 XRISM 卫星上的 Resolve 探测器探测到的 X 射线光子的到达时间可能会有所不同，具体取决于光子的能量、其在探测器内的位置以及与其前后的光子的关系。理解。在本研究中，我们使用启动前测试数据创建了一个时差数据库。这样可以使用启动后数据进行高度准确的时间序列分析。这些结果于七月在加拿大举行的国际会议上公布。接下来，我们将讨论分析方法的发展。在分析黑洞X射线双星的能谱和计时时，由于统计数据问题，几乎总是得到专门针对其中之一的数据，可以说还没有发展出同时分析的方法。然而，随着2017年NICER仪器的推出，获得足够能量分辨率和高时间分辨率的数据用于能谱分析已经成为可能，开发同步分析方法的动力日益增强。本研究的目的是充分利用数据科学和机器学习方法进行新的发展。今年，我们设计了能谱和时序同步分析的统计模型基础，并真正成功地实现了能谱和时序同步分析，获得了传统方法无法获得的结果。此外，在此开发之前，我们调查了所获得数据的时间特征，并于 2023 年 3 月向《天体物理学杂志》提交了相关研究。