[論文レビュー] All-Sky-ASTROGAM: The MeV Gamma-Ray Companion to Multimessenger Astronomy

V. Tatischeff, A. De Angelis+34 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2019

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 4

ひとこと要約

All-Sky-ASTROGAMは、100 keVから1 GeVのエネルギー範囲で運用される宇宙望遠鏡であり、ほぼ4π srの視野を有するコンプトン散乱および電子対生成による像形成望遠鏡を用いて、一時的な高エネルギー天体を検出する。MeV帯で画期的な感度を実現し、ガンマ線バースト、ブラザール、偏光測定を通じてマルチメッセンジャーアストロノミーにおける画期的な進展を可能にする。

ABSTRACT

All-Sky-ASTROGAM is a gamma-ray observatory operating in a broad energy range, 100 keV to a few hundred MeV, recently proposed as the "Fast" (F) mission of the European Space Agency for a launch in 2028 to an L2 orbit. The scientific payload is composed of a unique gamma-ray imaging monitor for astrophysical transients, with very large field of view (almost 4$π$ sr) and optimal sensitivity to detect bright and intermediate flux sources (gamma-ray bursts, active galactic nuclei, X-ray binaries, supernovae and novae) at different timescales ranging from seconds to months. The mission will operate in a maturing gravitational wave and multi-messenger epoch, opening up new and exciting synergies.

研究の動機と目的

• マルチメッセンジャーエラの台頭に伴うMeVガンマ線観測における重要な空白を埋める。
• 全天空を高速で感度高く連続的に監視し、高エネルギー一時的天体を検出する。
• 広いエネルギー範囲でガンマ線バースト、活動銀河核、X線連星、超新星を検出し、局所化する。
• ガンマ線源の高精度な偏光測定を実施し、ジェットの物理および放射メカニズムを解明する。
• 赤方偏移z ~ 3.5までの高赤方偏移MeVブラザールを検出することで、銀河間ガンマ線背景を制約する。

提案手法

• 展開式ブームを備えたコンプトン散乱および電子対生成による像形成望遠鏡を用い、ほぼ4π srの視野を実現する。
• コンプトン散乱および電子対生成の追跡に、450個の二面シートストリップ検出器を備えたシリコンストリップトラッカーを採用する。
• エネルギー損失および相互作用の深さを測定するため、高Z性のサイレキシウムセレニド（CsI(Tl)）バーとシリコンドリフト検出器による読み出しを採用する。
• 荷電粒子背景を除外するため、SiPMを用いたセグメント化されたプラスチックシンチレーター遮蔽系を設置する。
• 115,200個の独立したチャンネルを持つ自己トリガ型で超低ノイズの電子回路を採用し、高精度な信号読み出しを実現する。
• データ処理および電力管理のため、PDHU、PSU、BEEを備えた宇宙船プラットフォームとペイロードを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MeVガンマ線観測は、未だ制約が乏しい100 keV～100 MeV範囲の銀河間ガンマ線背景をどのように解明できるか？
• RQ2 MeVブラザールは、特大質量ブラックホールの進化および宿主銀河内でのフィードバックに果たす役割は何か？
• RQ3 MeVガンマ線偏光測定は、ガンマ線バーストおよび活動銀河核における放射モデルを区別できるか？
• RQ4 All-Sky-ASTROGAM機器は、1台の広視野イメージャーでどのように最適な感度と全天空カバレッジを達成するか？
• RQ5 このミッション・コンセプトにより、MeV帯でガンマ線バーストおよびその他の一時的天体の予想検出率はどの程度か？

主な発見

• All-Sky-ASTROGAMは、100 keV～1 GeVのエネルギー範囲で高い感度を発揮し、年間約100件のガンマ線バーストを検出できる。
• このミッションは、年間数十件のガンマ線バーストの偏光を測定し、放射メカニズムに関する重要な制約を提供する。
• 赤方偏移z ~ 3.5までのMeVブラザールを数百個検出できると予想され、高エネルギーAGNの進化に関する理解が顕著に向上する。
• この機器のMeV帯における感度は、現在の観測機器がカバーしていない領域で銀河間ガンマ線背景を解明する。
• ペイロードは、AGILE、Fermi、AMSミッションの技術的実績を踏まえ、技術成熟度（TRL）6～7を達成している。
• 衛星の乾燥質量は890 kgで、通常の科学運用では670 Wの電力を要し、2028年にL2軌道へ打ち上げを予定している。