[論文レビュー] All-Sky Earth Occultation Observations with the Fermi Gamma Ray Burst Monitor

C. Wilson‐Hodge, E. Beklen+11 more|ArXiv.org|Dec 18, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、Fermi GBMの地球遮蔽を用いた遮蔽調査を提示する。この手法により、8 keV–300 keVのエネルギー範囲で64の恒常的・一時的源の硬X線/ソフトガンマ線放射を監視可能となる。この方法により、高頻度の光度曲線とスペクトル測定が可能となり、Swift/BATと強い一致を示し、XTE J1752–223のようなフレアを示す一時的源や、Sco X-1 や Cen A などの長期的変動源を検出可能である。

ABSTRACT

Using the Gamma Ray Burst Monitor (GBM) on-board Fermi, we are monitoring the hard X-ray/soft gamma ray sky using the Earth occultation technique. Each time a source in our catalog enters or exits occultation by the Earth, we measure its flux using the change in count rates due to the occultation. Currently we are using CTIME data with 8 energy channels spanning 8 keV to 1 MeV for the GBM NaI detectors and spanning 150 keV to 40 MeV for the GBM BGO detectors. Our preliminary catalog consists of galactic X-ray binaries, the Crab Nebula, and active galactic nuclei. In addition, to Earth occultations, we have observed numerous occultations with Fermi's solar panels. We will present early results. Regularly updated results can be found on our website http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/science/occultation

研究の動機と目的

• 地球遮蔽を用いて硬X線/ソフトガンマ線の空域を監視し、一時的・変動源を検出する。
• 既知の源および新規検出源に対して、高頻度の放射度光度曲線とスペクトルを提供し、多波長連携およびLAT相関研究を支援する。
• 新規一時的源の発見前の放射を早期に検出可能とし、源カタログの完全性を向上させる。
• BGO検出器およびCSPECデータへの監視を拡張し、広いエネルギー範囲と感度の向上を実現する。
• 反復的改良による源モデルと検出器応答の最適化により、干渉源や宇宙船遮蔽による系統誤差を最小限に抑える。

提案手法

• GBM NaIおよびBGO検出器のCTIMEデータ（256 ms解像度、8エネルギーチャンネル）を用い、地球遮蔽中の放射度変化を測定する。
• 各遮蔽イベントを二次関数的背景と、源固有のプロファイルでモデル化し、大気透過率および検出器応答関数を畳み込む。
• 各検出器ごとのスケール係数を推定し、その後複数検出器で同時に最適化して源放射度を導出する。スペクトル正規化のため、仮定された源スペクトルを用いる。
• 太陽パネルや宇宙船構造による遮蔽が生じる検出器は、フィッティングから除外し、動的指向および変化する検出器応答を考慮する。
• BGO検出器（150 keV–40 MeV）に対しても同様の手法を適用し、別個のエネルギーチャンネルエッジと異なる干渉要因を考慮する。
• 特に15–50 keV帯で、Swift/BATおよびRXTE/ASMの光度曲線と照合することで結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermi GBMを用いた地球遮蔽法により、8 keV–300 keV範囲の恒常的・一時的源に対して信頼性の高い高頻度光度曲線が得られるか？
• RQ2 GBMの放射度測定値が、重複する源およびエネルギー帯域においてSwift/BATおよびRXTE/ASMとどの程度一致するか？
• RQ3 GBM遮蔽法は、XTE J1752–223のような既知の一時的源のフレア活動をどの程度感度良く検出可能か？
• RQ4 Sco X-1 や GRS 1915+105 のような明るいX線連星やマイクロクェーサーにおいて、この手法が長期的変動をどの程度検出可能か？
• RQ5 高エネルギーBGO検出器およびCSPECデータへのこの手法の応用は、スペクトル的・時間的カバー範囲を向上させるために成功するか？

主な発見

• 2009年12月15日時点で、監視対象の64源のうち42源が、8 keVから300 keVの間の少なくとも1つのエネルギー帯で10σ以上の有意性を示す予備検出を達成した。
• 2009年10月23日に発見されたブラックホール一時的源XTE J1752–223は、12–300 keV帯で30日間のフラットな放射度を示し、その後25–50 keV帯でより強い明るさの上昇を示した。これはスペクトルのソフト化を示唆している。
• Sco X-1 は8–12、12–25、25–50 keV帯で毎日検出され、平均放射度は時間経過に伴い安定した発光を示した。
• GRS 1915+105 は8–100 keV帯で毎日およびそれ以上の時間スケールで検出可能な放射度変動を示し、GBMとSwift/BATの光度曲線の間で良好な一致を示した。
• Cen A は12–25 keV帯で毎日監視され、より高いエネルギー帯（50–300 keV）では長期的スケールで安定した放射度を示し、Swift/BATと一致した。
• BGO 1 100–380 keV帯におけるカクブの予備光度曲線は、高エネルギーBGO検出器への遮蔽法の成功応用を示している。