[論文レビュー] INTEGRAL/IBIS 7-year All-Sky Hard X-Ray Survey. Part I: Image Reconstruction

Roman Krivonos, M. Revnivtsev+6 more|arXiv (Cornell University)|Jun 12, 2010

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 36被引用数 38

ひとこと要約

本論文は、INTEGRAL/IBIS 7年間の全天硬X線サーベイにおける画像再構成法を改善し、銀河中心部における系統的ノイズを44%低減する。銀河リッジX線放射（GRXE）モデルの拡張とà trousウェーブレットベースのフィルタリングを用いることで、17–60 keVバンドで5σの感度が3.7×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²（0.26 mCrab）にまで向上し、これまでで最も感度の高い銀河系の硬X線サーベイを実現した。

ABSTRACT

This paper is the first in a series devoted to the hard X-ray whole sky survey performed by the INTEGRAL observatory over seven years. Here we present an improved method for image reconstruction with the IBIS coded mask telescope. The main improvements are related to the suppression of systematic effects which strongly limit sensitivity in the region of the Galactic Plane (GP), especially in the crowded field of the Galactic Center (GC). We extended the IBIS/ISGRI background model to take into account the Galactic Ridge X-ray Emission (GRXE). To suppress residual systematic artifacts on a reconstructed sky image we applied nonparametric sky image filtering based on wavelet decomposition. The implemented modifications of the sky reconstruction method decrease the systematic noise in the ~20 Ms deep field of GC by ~44%, and practically remove it from the high-latitude sky images. New observational data sets, along with an improved reconstruction algorithm, allow us to conduct the hard X-ray survey with the best currently available minimal sensitivity 3.7E-12 erg/s/cm2 ~0.26 mCrab in the 17-60 keV band at a 5 sigma detection level. The survey covers 90% of the sky down to the flux limit of 6.2E-11 erg/s/cm2 (~4.32 mCrab) and 10% of the sky area down to the flux limit of 8.6E-12 erg/s/cm2 (~0.60 mCrab).

研究の動機と目的

• 銀河平面および銀河中心部における系統的効果、特に銀河リッジX線放射（GRXE）に起因するサーベイ感度の低下を是正すること。
• 事前源モデルなしで、混雑した領域における残存アーチファクトを最小限に抑える強固な画像再構成手法を開発すること。
• 深紫外観測（例：銀河中心部で約20 Ms）における感度を向上させ、微弱な硬X線源の検出を可能にすること。
• 系統的残差が感度を制限する高銀緯度領域において、高精度の天の川天球画像を確保すること。

提案手法

• 銀河リッジX線放射（GRXE）を含むISGRI背景モデルを拡張し、銀河平面における照度モデルを改善した。
• à trousウェーブレット分解を用いた非パラメトリックでモデルフリーな背景近似を適用し、再構成された天の川画像からの系統的アーチファクトをフィルタリングした。
• ウェーブレットフィルタリングを画像再構成プロセスに直接統合し、真の源の輝度を保持しながらノイズパターンを除去した。
• 死時間補正済み有効露出時間を利用して感度マップを計算し、異なる天の川領域における性能を評価した。
• ポisson統計を用いて感度をキャリブレーションし、名目感度と有効感度を比較することで、改善度を定量化した。
• 一般手法と修正手法の間で、特に高銀緯度および銀河中心部の領域におけるサーベイカバー範囲と感度を比較することで、結果の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 INTEGRAL/IBIS 硬X線天の川再構成における系統的ノイズ、特に混雑した銀河中心部において、どのように低減できるか？
• RQ2 背景モデルに銀河リッジX線放射（GRXE）を組み込むことで、画像の忠実性と感度はどの程度向上するか？
• RQ3 ウェーブレットベースのフィルタリングは、符号化マスク画像における真の源輝度を歪めることなく、残存アーチファクトを効果的に抑制できるか？
• RQ4 修正再構成手法は、銀河中心部のような高露出時間領域において、標準的手法に比べてどの程度感度が向上するか？
• RQ5 最終的なサーベイの感度はどの程度ポアソン統計と整合しており、新しい手法はその整合性をどの程度向上させるか？

主な発見

• 修正再構成手法により、銀河中心部の約20 Msの深紫外フィールドにおいて、系統的ノイズが約44%低減され、感度が顕著に向上した。
• 銀河中心部における有効感度は、標準手法に比べて約28%向上し、17–60 keVバンドで5σの検出限界が3.7×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²（0.26 mCrab）にまで達した。
• 高銀緯度の天の川画像は、系統的残差がほぼ完全に除去され、感度がポアソン統計と整合的になった。
• サーベイは、6.2×10⁻¹¹ erg s⁻¹ cm⁻²（約4.32 mCrab）の輝度限界まで90%の天の川領域をカバーし、8.6×10⁻¹² erg s⁻¹ cm⁻²（約0.60 mCrab）の限界まで10%の領域をカバーした。
• 修正手法により、特に高露出時間領域において、有効感度が名目期待値に極めて近づいた。一方、一般手法では顕著なずれが見られた。
• ウェーブレットベースのフィルタリングは再構成プロセスに成功裏に統合され、アーチファクトの正確な除去が可能になったが、源輝度測定の精度は損なわれなかった。