[論文レビュー] Searching for electromagnetic counterparts of gravitational wave transients

M. Branchesi, A. Klotz+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2011

Pulsars and Gravitational Waves Research参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、LIGO/Virgoの2009–2010年観測期間中に、ロボット望遠鏡（TAROT、Zadko）と画像解析パイプラインを用いて、最初の連携型電磁気的（EM）追従キャンペーンを提示する。この手法は、対象のカタログ同士の相関、光曲線解析、および勾配インデックスカット（>0.5）を用いて一時的光源を同定し、模擬データにおいて50 Mpcを超える距離でガンマ線バースト（GRB）の後光を検出可能であり、15 Mpcまでのキロノーバを検出可能である。

ABSTRACT

A pioneering electromagnetic (EM) observation follow-up program of candidate gravitational wave (GW) triggers has been performed, Dec 17 2009 to Jan 8 2010 and Sep 4 to Oct 20 2010, during the recent LIGO/Virgo run. The follow-up program involved ground-based and space EM facilities observing the sky at optical, X-ray and radio wavelengths. The joint GW/EM observation study requires the development of specific image analysis procedures able to discriminate the possible EM counterpart of GW trigger from background events. The paper shows an overview of the EM follow-up program and the developing image analysis procedures as they are applied to data collected with TAROT and Zadko.

研究の動機と目的

• LIGO/Virgoが検出する重力波候補イベントに対して、迅速かつ標的的な電磁気的追従を可能にする。
• 真のEM同等体と背景の瞬時変光体・汚染物質を区別できる自動画像解析パイプラインの開発。
• 質量と距離の重み付けに基づき、50 Mpc圏内の銀河および球状星団を優先することで、源の位置特定精度を向上させる。
• 実観測データに模擬的な瞬時変光体を注入することで、GRB後光およびキロノーバの検出感度を検証する。
• 複数エポックの光曲線解析と可変源の統計的フィルタリングにより、誤検出を低減する。

提案手法

• 検出後約10分以内に候補イベントを特定する低遅延GWトリガーパイプラインを用い、その後手動での検証とアラート配信を約30分以内に実施。
• 銀河質量（青光度の代理指標）と逆距離に基づいて重み付けされた確率的天の川マップを用い、50 Mpc圏内の近隣の銀河および球状星団を優先して観測領域を指定。
• TAROTおよびZadkoの画像からSExtractorを用いて対象カタログを抽出する完全自動化された画像解析パイプラインを採用。
• 複数の画像間で対象カタログの相関をとり、恒久的光源を追跡し、光曲線を生成。
• 少なくとも4枚の連続画像で検出されることを要件とすることで、急速な瞬時変光体（例：宇宙線、小惑星）を除外。
• 銀河から50 Mpc圏内に位置する円形領域（4×主要軸）内に位置する対象を選択し、t^−βに従って減光する光源（β ≈ 1–1.2）を特定するための勾配インデックスカット（>0.5）を適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自動画像解析パイプラインは、リアルタイムで、重力波トリガーに対応する微弱で瞬時の光学的同等体を的確に同定できるか？
• RQ2 本追従システムのGRB後光およびキロノーバの検出感度は、50 Mpcまでの距離でどの程度か？
• RQ3 勾配インデックスカットは、可変星や活動銀河核（AGN）と真のEM同等体を効果的に区別できるか？
• RQ4 銀河質量と距離の事前知識は、GWイベントの真の宿主を検出する確率をどの程度向上させるか？
• RQ5 選択された領域におけるCepheid変星やAGNなどの汚染物質による誤検出率はどの程度か？

主な発見

• パイプラインは、15.5等の調査限 magnitude で、50 Mpcを超えるGWの水平線距離を超えてGRB後光を検出可能である。
• 同じ magnitude 限界下で、キロノーバに類似した瞬時変光体は15 Mpcまでの距離で検出可能である。
• 勾配インデックスカット（>0.5）は誤検出を効果的に低減し、モンテカルロシミュレーションにより非瞬時変光源の排除性能が裏付けられた。
• 宇宙線や小惑星などの急速な汚染物質は、少なくとも4枚の連続画像で検出されることを要件として、効率的にフィルタリングされた。
• 近隣の銀河を中心とした領域で、一時的候補を効果的に同定できた。特に、銀河中心から数キロパーセクのオフセット領域に焦点を当てた。
• 本システムは、リアルタイムで多波長のGWトリガー追従の実現可能性を示し、高度な検出器時代のマルチメッセンジャー天文学の基盤を形成した。