[論文レビュー] Comparison of XMM-Newton EPIC, Chandra ACIS-S3, ASCA SIS and GIS, and ROSAT PSPC Results for G21.5-0.9, 1E0102.2-7219, and MS1-54.4-0321

S. L. Snowden|arXiv (Cornell University)|Mar 19, 2002

Calibration and Measurement Techniques被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、XMM-Newton EPIC、Chandra ACIS-S3、ASCA SIS/GIS、ROSAT PSPC のX線スペクトル応答を、重い吸収を持つ超新星残骸 G21.5-0.9、ライン豊富な超新星残骸 1E0102.2-7219、および高赤方偏移銀河団 MS1054.4-0321 の3つの天体を用いてクロスキャリブレーションした。全機器で全スルーレートが±10%以内で一致しており、特にXMM-Newton EPIC MOSとChandra ACIS-S3が最も高い一貫性を示した。一方、EPIC PNはMOSに対して約7%の系統的フラックス不足を示した。

ABSTRACT

This paper presents a ``man on the street'' view of the current status of the spectral cross calibration between the XMM-Newton EPIC, Chandra ACIS-S3, ASCA SIS and GIS, and ROSAT PSPC instruments. Using publicly released software for the extraction of spectra and the production of spectral redistribution response matrices and effective areas, the spectral fits of data from three astronomical objects are compared. The three sources are G21.5-0.9 (a heavily absorbed Galactic SNR with a power law spectrum), 1E0102.2-7219 (a SNR in the SMC with a line-dominated spectrum), and MS1054.4-0321 (a high redshift cluster with a thermal spectrum). The agreement between the measured fluxes of the various instruments is within the 10% range, and is better when just XMM-Newton and Chandra are compared. Fitted spectral parameters are also in relatively good agreement although the results are more limited.

研究の動機と目的

• 複数のX線望遠鏡（XMM-Newton、Chandra、ASCA、ROSAT）におけるスペクトルキャリブレーションの相対的正確性を評価すること。
• スペクトルのフラックスおよびパラメータの一貫性を、スペクトルの複雑さが異なる3つの天体的キャリブレーション源を用いて評価すること。
• 異なる機器および検出器モード間で、フラックス正規化およびスペクトルパラメータに系統的差異が存在するかを同定すること。
• 公開利用可能なソフトウェアおよびキャリブレーションデータを用いて、クロスキャリブレーションの信頼性のベンチマークを提供すること。
• EPIC PNのフラックス不足など、顕著な差異を特定することで、継続的なキャリブレーションの改善を支援すること。

提案手法

• SAS、CIAO、HEASoft などの公開ソフトウェアを用いて、源および背景スペクトルを抽出し、応答関数（RMF）を作成し、補助応答関数（ARF）を生成した。
• Xspec を用いて、G21.5-0.9、1E0102.2-7219、MS1054.4-0321 のデータにスペクトルモデル（パワー則、熱的モデル）を適合させ、統計的信頼性を確保するため grppha を用いてエネルギーチャンクをグループ化した。
• 特に G21.5-0.9 および MS1054.4-0321 の場合、複数機器のスペクトルを同時に適合させることで統計的精度を向上させた。
• エネルギー帯域別に適合を実施：G21.5-0.9 は 2–10 keV、1E0102.2-7219 は 0.5–2.0 keV、MS1054.4-0321 は 1.0–5.0 keV を使用した。
• ACIS-S3 の適合では、系統的面積キャリブレーションのずれを補正するため、炭素Kエッジ吸収エッジ（τ=1.0）を既知のキャリブレーション効果として組み込んだ。
• 特に MS1054.4-0321 の温度および吸収密度パラメータに関して、パラメータの不確実性および機器間の一貫性を評価するため、信頼領域を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G21.5-0.9、1E0102.2-7219、MS1054.4-0321 の同じ天体に対して、XMM-Newton EPIC、Chandra ACIS-S3、ASCA SIS/GIS、ROSAT PSPC のフラックス測定はどの程度一貫しているか？
• RQ2 パワーレイ・インデックス、温度、吸収密度といったスペクトルパラメータが、機器間でどの程度一致するか？
• RQ3 特に XMM-Newton EPIC MOS と PN 間、または Chandra ACIS-S3 と他の機器との間に、どのような系統的差異が存在するか？
• RQ4 データ還元の選択、バックグラウンド選択、スペクトルモデルの仮定が、クロスキャリブレーション結果にどのように影響するか？
• RQ5 超新星残骸や高赤方偏移銀河団といったスペクトル的に安定した天体の独立観測が、それらの固有の複雑さにもかかわらず、信頼できるクロスキャリブレーション基準として使用可能かどうか？

主な発見

• G21.5-0.9 の 2–10 keV 帯において、全機器のフラックス正規化が±10%以内で一致しており、XMM-Newton と Chandra が最も高い一致を示した。
• EPIC PN は、全源に対して EPIC MOS よりも約7%低いフラックスを測定しており、他の研究でも確認されている一貫した系統的差異である。
• G21.5-0.9 において、パワー則のパワーレイ・インデックスは EPIC、ACIS-S3、SIS 間で 0.05（約3%）以内で一致しており、GIS を含めると 0.1 以内で一致した。
• MS1054.4-0321 において、EPIC と ACIS-S3 のデータから得られた温度および吸収密度は、信頼領域内ですべて一致しており、光子統計が限られているにもかかわらず一貫性が保たれた。
• G21.5-0.9 における ROSAT PSPC のフラックスは、MOS1 に対して 0.89倍にとどまり、高い吸収と限られたエネルギー帯（0.5–2.5 keV）のため、キャリブレーションへの有用性が著しく低い。
• SIS と GIS のデータは、他の機器と比較して妥当なフラックス一致を示したが、SIS の信号対雑音比が低いため、スペクトルパラメータの制約にはあまり効果的ではなかった。