[論文レビュー] All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory: Exploring the Extreme Multimessenger Universe

A. J. van der Horst, A. Domínguez+182 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 96

ひとこと要約

AMEGOは、広視野、感度の向上、偏光、および核線分光を備えたプローブクラスのガンマ線天文学探査機概念で、2020年代後半以降のマルチメッセージ天文学を可能にします。

ABSTRACT

The All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory (AMEGO) is a probe class mission concept that will provide essential contributions to multimessenger astrophysics in the late 2020s and beyond. AMEGO combines high sensitivity in the 200 keV to 10 GeV energy range with a wide field of view, good spectral resolution, and polarization sensitivity. Therefore, AMEGO is key in the study of multimessenger astrophysical objects that have unique signatures in the gamma-ray regime, such as neutron star mergers, supernovae, and flaring active galactic nuclei. The order-of-magnitude improvement compared to previous MeV missions also enables discoveries of a wide range of phenomena whose energy output peaks in the relatively unexplored medium-energy gamma-ray band.

研究の動機と目的

• 重力波とニュートリノを生み出す天体を特定し、研究する。
• 高感度と広い視野を持つ中エネルギーガンマ線（MeV領域）のギャップを埋める。
• ジェット、コンパクトオブジェクト、および核合成を探るための偏光測定と核線分光を可能にする。
• GWとニュートリノ観測所と連携した時系列・マルチメッセージ研究を支援する。

提案手法

• 四サブシステム構成の機器設計：両面シリコン検出器(DSSD)トラッカー、3D位置敏感な CZTカロメータ、CsIカロメータ、プラスチックシンチレーターACD。
• MEGAlibに基づく詳細な検出器シミュレーションから導出された性能予測。
• 設計パラメータを維持：エネルギー範囲200 keVから>10 GeV、角度/エネルギー/偏光能力はTable 1に要約のとおり。
• 地上試験とプロトタイプ開発（ComPair、CZT、SiPMベースの読み出し）を通じてTRLを飛行準備へ進める。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 重力波とニュートリノ時代において、MeVガンマ線観測はマルチメッセージ天文学をいかに前進させ得るか。
• RQ2 コンパクトオブジェクト合体とブレイザー/ニュートリノ源のMeVガンマ線対応物を局在化・特徴づけるために必要な感度、角分解能、偏光能力は何か。
• RQ3 動的環境における核線研究とキロノーヴァ/超新星の核合成におけるMeV分光の役割は何か。
• RQ4 全天MeV観測所は短いGRBの大規模サンプルとMeV輝度ブレイザーを検出・特徴づけてガンマ線とマルチメッセージ信号を結びつけることができるか。

主な発見

• AMEGOは前任ミッションと比べてMeV帯で1桁以上の感度向上を提供する。
• 設計は1 MeVで約2.5°,5 MeVで約1.5°の角分解能を、約1 GeV付近で10%以上のエネルギー分解能、2 MeV以下で1%未満を達成。
• 広い視野（約2.5 sr）を達成し、偏光測定の可能性（1% Crabフラックスの源を10^6秒観測した場合のMDP <20%）を持つ。
• 1.8 MeV 26Al線を含む核線分光を可能にし、5年間の線感度を1×10^-6 ph cm^-2 s^-1とする。
• 毎年500以上の長いGRBと数百のMeV輝度ブレイザーを検出する見込みで、GW-GRBおよびニュートリノ連関研究を強化。
• 各サブシステムのTRLが4～6程度で、宇宙適合設計・成熟技術を備える。