[論文レビュー] Research and characterisation of blazar candidates among the Fermi/LAT 3FGL catalogue using multivariate classifications

Julien Lefaucheur, Santiago Pita|HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe)|Mar 6, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Fermi/LAT 3FGLカタログデータに対して多変量分類器—ブーストド決定木と多層パーセプトロンニューラルネットワーク—を用い、未分類源の中から595個の新しいブレーザー候補を同定し、候補者およびBCUから509個のBL Lacsと295個のFSRQsを分類した。この手法は、高緯度の候補者において低予想誤分類率（約9/425）を達成しており、γ線ブレーザーの集団研究および多波長追従観測のためのサンプルを顕著に向上させた。

ABSTRACT

In the recently published 3FGL catalogue, the Fermi/LAT collaboration reports the detection of $γ$-ray emission from 3034 sources obtained after four years of observations. The nature of 1010 of those sources is unknown, whereas 2023 have well-identified counterparts in other wavelengths. Most of the associated sources are labelled as blazars (1717/2023), but the BL Lacs or FSRQ nature of 573 of these blazars is still undetermined. The aim of this study was two-fold. First, to significantly increase the number of blazar candidates from a search among the large number of Fermi/LAT 3FGL unassociated sources (case A). Second, to determine the BL Lac or FSRQ nature of the blazar candidates, including those determined as such in this work and the blazar candidates of uncertain type (BCU) that are already present in the 3FGL catalogue (case B). For this purpose, multivariate classifiers were trained using samples of labelled sources with no caution flag from the 3FGL catalogue and carefully chosen discriminant parameters. The decisions of the classifiers were combined in order to obtain a high level of source identification along with well controlled numbers of expected false associations. Specifically for case A, dedicated classifications were generated for high and low galactic latitude sources, in addition, the application of classifiers to samples of sources with caution flag was considered separately, and specific performance metrics were estimated. We obtained a sample of 595 blazar candidates among the unassociated sources of the 3FGL catalogue. We also obtained a sample of 509 BL Lacs and 295 FSRQs from the blazar candidates cited above and the BCUs of the 3FGL catalogue. The number of expected false associations is given for different samples of candidates. It is, in particular, notably low ($\sim$9/425) for the sample of high-latitude blazar candidates from case A.

研究の動機と目的

• Fermi/LAT 3FGLの未知の性質を有する1010個の未分類源のうち、ブレーザー候補の数を顕著に増加させること。
• 3FGLカタログに含まれる性質が不明なタイプ（BCU）を含むブレーザー候補のBL LacsまたはFSRQ分類を決定すること。
• 制御された誤差率を有する堅牢な多変量分類技術を用いて誤分類を低減すること。
• 銀河間背景光およびブレーザー連鎖研究に用いるため、γ線ブレーザー集団の統計的特徴を改善すること。

提案手法

• 分類に適した特徴パラメータを慎重に選択し、注意フラグなしの3FGL源を用いてブーストド決定木および多層パーセプトロンニューラルネットワークを学習させた。
• 銀河平面の混雑状態を考慮し、高緯度（|b| > 10°）および低緯度（|b| ≤ 10°）の未分類源に対して分類器を別々に適用した。
• アンサンブル投票と性能閾値設定を用いて、同定の信頼性を最大化するとともに誤分類を最小限に抑えるために、分類器の意思決定を統合した。
• 注意フラグ付き源についても別個に分類器の性能を評価し、異なる候補者サンプルの予想される偽陽性率を推定した。
• 分類器の学習にはTMVA（多変量解析用ツールキット）、クロスマッチングおよびデータ操作にはSTILTSを用いた。
• 結果の妥当性と信頼性を検証するため、分光観測結果および先行研究と照合した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多変量分類を用いることで、Fermi/LAT 3FGL未分類源の中からどれだけの新しいブレーザー候補を同定できるか？
• RQ2 特に高銀緯度において、同定されたブレーザー候補サンプルの予想誤分類率はどの程度か？
• RQ3 多変量分類器は、新たに同定された候補者およびBCUにおいて、BL LacsとFSRQsをどれほど正確に区別できるか？
• RQ4 結果が独立した分光的追従観測および先行分類研究とどの程度一致するか？
• RQ5 変動パラメータに加えてスペクトルパラメータを用いることで、変動のみに依存する分類器と比較して、BL LacsとFSRQsの分離がどの程度改善されるか？

主な発見

• 未分類のFermi/LAT 3FGL源の中から595個の新しいブレーザー候補を同定したが、高緯度サンプルでは予想される誤分類率が約9/425と低く抑えられた。
• 新規候補者とBCUを合わせて、合計で509個のBL Lacsと295個のFSRQsが同定され、γ線ブレーザー集団の既知のサンプルが顕著に拡大された。
• BL Lacsの分類器性能は、約84％の真正陽性率と約5％の偽陽性率を示し、以前の変動のみに依存する手法を上回った。
• FSRQsでは、約69％の真正陽性率と約12％の偽陽性率を達成しており、変動パラメータのみに比べてスペクトルパラメータの組み合わせによりより良好な一致を示した。
• 分光キャンペーンで観測された31個の源のうち、25個が分類器によってBL LacsまたはFSRQsとして正しく同定され、誤分類はわずか2例にとどまった。これは、観測的検証と強い一貫性があることを示している。
• スペクトルパラメータを含めることで、BL LacsとFSRQsの変動空間における重複領域がより明確に解消された。これは、分類に於いてスペクトルパラメータの重要性を示している。