HXMT 全天巡天

HXMT全天巡天 全天巡天组成员：冯骅、胡剑、金晶（清华大学）王建民、张澍、刘元（高能所）余恒（北师大）

X射线全天巡天的历史：上世纪 • 10 keV以上灵敏度低，大于10 mCrab • 硬X射线定位精度低，源认证困难 • 结论：无高灵敏度的硬X射线巡天

INTEGRAL/IBIS 7年巡天 2002/12–2009/07 (Krivonos et al. 2010) • 7年硬X射线 (17–60 keV) 巡天 • 银道面曝光时间较长 • 灵敏度（5σ） • 最高0.26 mCrab • 90%天区4.32 mCrab • 10%天区0.6 mCrab Total: 521 at >5σ Extragalactic:221 Galactic:262 Unidentified: 38 • 217 AGN • 4 Clusters • 101 LMXBs • 94 HMXBs • 37 CVs • 30 others 7年曝光图

Swift/BAT 54个月巡天 2004/12 – 2009/05 (Cusumano et al. 2010) • 15-150 keV • 全天灵敏度0.43 mCrab (4.8σ) • 曝光较均匀，黄道面较少，黄极较多 • 共探测到1286个源，其中 • 250河内，735河外，124未分类，177未认证黄极 1 mCrab=2.110 11 erg/cm2/s

河内与INTEGRAL比较 • 河内：相当，INTEGRAL略胜一筹 • 河外：2倍多，INTEGRAL看到的源Swift基本都看到河外

光变幅度

AGN的光变（Beckmann et al. 2007; Soldi et al. 2012）

Swift/BAT 60个月巡天 2005/3 – 2010/03 (Ajello et al. 2012) • 15-55 keV • 全天灵敏度 0.45 mCrab (5σ) • 720个源 - 428个AGN,37个未证认 • 源的数目少于Cusumano et al. 2010的结果（1016个源大于5σ ） 1 mCrab=1.310 11 erg/cm2/s

硬X射线巡天科学价值①：康普顿厚AGN • 硬X射线受吸收影响相对小 • 邻近宇宙中康普顿厚比例 • 光学样本：50%(Risaliti et al. 1999) • INTEGRAL样本： 24% (Malizia et al. 2009) • Swift 样本：20+9–6% (Burlon1 et al. 2011)，与统一模型预言一致 • 可研究尘埃环 • 可研究AGN吸积物理（冕的温度、尺度、光深等） • NuSTAR已于2012年6月13日发射详细讨论参见AGN小组袁为民报告

硬X射线巡天科学价值②：解析弥漫背景 • 如果没有康普顿厚成分，AGN能谱无法拟合CXB能谱 (Gilli et al. 2007; Treister et al. 2009) • Swift/BAT平均康普顿厚AGN能谱：峰值能量40-50 keV (Burlon et al. 2011)；CXB峰值能量~25 keV • 在红移 z 1 产生CXB • 软X射线观测认为CXB产生在 z = 0.7 处 • 若需拟合CXB，观测到的康普顿厚AGN数目尚缺少2-3倍详细讨论参见大尺度结构组陈勇报告

硬X射线巡天科学价值③：黑洞吞噬恒星 • 科学意义包括： • 寻找小质量黑洞 • 测量黑洞的参数 • 研究小质量黑洞的增长机制 • 能谱峰值在极紫外软X射线，能谱较软，TBB  106 K 或Г = 3~5 • 峰值亮度为爱丁顿极限 • 典型时标，太阳 + 106 M⊙黑洞：保持爱丁顿光度几十到上百天 • 可能事例： • ROSAT 5 例 (Donley et al. 2002) • XMM slew survey 2-3 例确认，3例疑似 (Esquej et al. 2007) • GELEX 3 例 (Gezari et al. 2006, 2008, 2009) • SDSS stripe82 2例（van Velzen et al. 2011） • Swift发现了两例特殊的TDE（Jet-TDE）：Sw 1644+57（Levan et al. 2011, Bloom et al. 2011, Burrows et al. 2011, Zauderer et al. 2011）和Sw 2058+05（Cenko et al. 2012）

硬X射线巡天科学价值③：黑洞吞噬恒星 • HXMT探测极限(20-40 keV)为6  10-12 erg/cm2/s。 • 假设可发现的黑洞平均质量为5  106 M⊙或106 M⊙， • 在每种情况下，再分别假设硬X射线（>20 keV）光度占1%和0.1%，光变曲线为LEdd(t/t0)-5/3，t0 =0.1 yr和0.3 yr（Evans & Kochanek 1989）

硬X射线巡天科学价值③：黑洞吞噬恒星 • 对于jet-TDE，根据Swift/BAT观测结果估算，jet-TDE发生率约为10-11 Mpc-3 yr-1（Bloom et al. 2011） • 但是由于jet造成beaming效应，且能量主要集中在X-ray和γ-ray，我们有可能看到比普通TDE距离更远的jet-TDE。假设jet半张角为θ=0.1和0.05弧度，光变曲线为LEdd(t/t0)-5/3，t0 =0.01 yr

硬X射线巡天科学价值④：极高能宇宙线起源 • 极高能宇宙线（ultra high-energy cosmic rays，简称UHECR，E>1019 eV）可能的起源包括超新星、伽马射线爆、活动星系核（AGN）、奇异重粒子衰变等。 • Auger实验组在2007年分析了27个能量大于5.7×1019 eV的UHECR事例，发现它们的到达方向不是各向同性的，并且和邻近AGN的方向存在相关性（显著性P~10-5）。使用的光学AGN样本不均匀、不完备圆圈为27个UHECR事例的到达方向；星号表示近邻的472个AGN（D<75 Mpc。由浅到深的蓝色表示Auger的曝光间依次增加。

硬X射线巡天科学价值④：极高能宇宙线起源 • George et al. (2008) 27个UHECR+Swift-BAT 22个月巡天 • 直接相关分析,显著性~50% • 用AGN的X射线流强加权后，显著性~98% • AGN的距离增大，相关性明显减弱 • 100 Mpc处相关性变化最为显著（GZK截断） AGN与UHECR事例的方向相关性随距离的变化。浅色代表直接相关的结果；深色代表使用X射线流强加权后相关的结果。

硬X射线巡天科学价值④：极高能宇宙线起源 • Auger2010年：69个UHECR事例+Swift-BAT 58个月巡天列表（距离小于200 Mpc） • 相关性不显著，大约95%-99.7%（和角尺度有关）

Swift与HXMT巡天曝光均匀性的比较 HMXT灵敏度分布较差的一端分布更陡，即没有灵敏度很差的区域 Swift 54个月 HXMT 1年需要灵敏度的保障，才能体现出灵敏度分布的区别

HXMT全天巡天下一步工作设想 • 受Swift挑战，在现有巡天模式下如何挖掘科学意义 • 在Swift源表的基础上，发现新恒定源机会不大 • 将工作重点放在监测爆发源上 • 根据Swift和INTEGRAL观测到的各种源的光变情况进行模拟，确定HXMT发现爆发源和监测光变的能力 • 研究巡天中发现爆发源后的观测策略 • 制定后续其他卫星以及地面多波段观测策略 • 若要突出长时标（月量级）时变研究，需要修改巡天策略，可行否？

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