[論文レビュー] Divergent pointing with the Cherenkov Telescope Array for surveys and beyond

L. Gérard|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 6被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、チェレンコフ望遠鏡アレイ（CTA）のための発散指向モードを提案し、共通の指向方向からずらすことで有効視野角を約14°まで拡大することで、より高速で均一な天の川および銀河外天体スカイスカニーを可能にする。18台のMSTと56台のSSTを用いた場合、コアエネルギー帯で通常指向と比較して感度が約20–25%悪化するが、広い視野角において均一性が著しく向上し、競争力のある性能を発揮する。これは大規模スカイスキャンに最適である。

ABSTRACT

The galactic and extragalactic surveys are two of the main proposed legacy projects of the Cherenkov Telescope Array (CTA), providing an unbiased view of the Universe at energies above tens of GeV. Considering Cherenkov telescopes' limited field of view ($<10^\circ$), the time needed for those projects is large. The many telescopes of CTA will allow taking full advantage of new pointing modes in which telescopes point slightly offset from one another. This divergent pointing mode leads to an increase of the array field of view ($\sim 14^\circ$ or larger) with competitive performance compared to normal pointing. We present here a study of the performance of the divergent pointing for different array configurations and number of telescopes. We briefly discuss the prospect of using divergent pointing for surveys.

研究の動機と目的

• CTAの有効視野角を拡大することで、大規模銀河系および銀河外天体スカイスキャンの観測時間を短縮すること。
• 望遠鏡が互いにわずかにずれて指向する発散指向モードの性能を、従来の通常指向と比較すること。
• 望遠鏡の数と種別（MSTとSST）が、異なるエネルギー範囲における発散指向の感度と均一性に与える影響を評価すること。
• 発散指向が通常指向と比較して競争力を持つために必要な最小望遠鏡数を特定すること。
• 発散指向が一時的天体検出やスカイスキャン感度最適化に実現可能かどうかを検討すること。

提案手法

• CTAの初回シミュレーション設定（I-noLST）を用い、18台のミッドサイズ望遠鏡（MST）と56台のスモールサイズ望遠鏡（SST）のアレイをシミュレートした。
• 発散指向を適用し、望遠鏡をずらして約20°径の視野角をカバーするように設定し、指向多重度を最大化するとともに、地上分離を最小限に抑えた。
• CORSIKAを用いてガンマ線およびプロトンの大気シャワーをシミュレートし、sim_telarrayを用いて天頂を中心とする40°の円錐内での望遠鏡応答をモデル化した。
• EVNDISPを用いてシャワーを再構築し、発散モードに適合した再構築手法を適用し、ガンマ線とハドロンの分離にブーストドゥーシヨンツリーを用いた。
• 5σ検出を達成するためのエネルギー依存性カットを最適化し、バックグラウンド対信号露光比が0.02、最小10個の信号イベントを満たすようにした。
• クレーブ星雲（パワー則、指数2.62、1 TeVで9.8×10⁻² cm⁻²s⁻¹sr⁻¹TeV⁻¹の正規化）のスペクトルに重み付けして、統合的および微分的感度を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 発散指向による望遠鏡のずれを用いることで、CTAの有効視野角を顕著に拡大しつつ、競争力のある感度を維持できるか？
• RQ2 異なるエネルギー範囲において、発散指向の性能が通常指向と比較して角度分解能、エネルギー分解能、感度の点でどのように異なるか？
• RQ3 発散指向が通常指向と比較して有効であるために必要な最小望遠鏡数は何か？
• RQ4 SSTの導入が、特に1 TeV未満のエネルギー帯で発散指向の相対的性能に与える影響は何か？
• RQ5 広い視野角にわたる滑らかな感度分布が、発散モードにおける中程度の感度低下を補って、スカイスキャン用途に適していると言えるか？

主な発見

• 発散指向モードは、中心から7°以内でSSTの指向多重度が10以上、MSTの指向多重度が3以上を満たすよう、約14°の均一な視野角を達成した。
• コアエネルギー帯（100 GeV–10 TeV）では、角度分解能およびエネルギー分解能が通常指向と比較して約20%悪化し、感度も約20–25%低下した。
• 5 TeV以上では、1台あたりの感度が低くても、有効視野角が広がるため、発散指向が通常指向を上回る性能を示した。
• SSTのみのアレイでは、発散指向が競争力を持つのは24台以上が必要であり、16台で明確な性能の閾値が現れた。
• MSTのみのアレイにSSTを追加すると、特に1 TeV未満のエネルギー帯で発散指向の相対的性能が向上し、望遠鏡数が増えるほどその恩恵が大きくなった。
• 発散モードは、通常指向と比較して視野角全体にわたる感度の滑らかさが著しく向上しており、大規模スカイスキャンに極めて適している。