[論文レビュー] Einstein Probe - a small mission to monitor and explore the dynamic X-ray Universe

W. Yuan, C. Zhang+12 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 24

ひとこと要約

Einstein Probeは、広視野のマイクロポーレオプティクス（MPO）ラバーライン望遠鏡を用いて、動的X線宇宙を監視することを目的とした小型中国宇宙ミッションである。このミッションは、潮汐破壊イベントや重力波のX線対応源といった一時的X線源の感度の高い全天スカイサーベイ、および迅速な公開アラートと狭視野望遠鏡を用いた追跡観測により、現在のミッションと比較して10倍の感度向上を達成する。

ABSTRACT

Einstein Probe is a small mission dedicated to time-domain high-energy astrophysics. Its primary goals are to discover high-energy transients and to monitor variable objects in the $0.5-4~$keV X-rays, at higher sensitivity by one order of magnitude than those of the ones currently in orbit. Its wide-field imaging capability, featuring a large instantaneous field-of-view ($60^\\circ \ imes60^\\circ$, $\\sim1.1$sr), is achieved by using established technology of micro-pore (MPO) lobster-eye optics, thereby offering unprecedentedly high sensitivity and large Grasp. To complement this powerful monitoring ability, it also carries a narrow-field, sensitive follow-up X-ray telescope based on the same MPO technology to perform follow-up observations of newly-discovered transients. Public transient alerts will be downlinked rapidly, so as to trigger multi-wavelength follow-up observations from the world-wide community. Over three of its 97-minute orbits almost the entire night sky will be sampled, with cadences ranging from 5 to 25 times per day. The scientific objectives of the mission are: to discover otherwise quiescent black holes over all astrophysical mass scales by detecting their rare X-ray transient flares, particularly tidal disruption of stars by massive black holes at galactic centers; to detect and precisely locate the electromagnetic sources of gravitational-wave transients; to carry out systematic surveys of X-ray transients and characterize the variability of X-ray sources. Einstein Probe has been selected as a candidate mission of priority (no further selection needed) in the Space Science Programme of the Chinese Academy of Sciences, aiming for launch around 2020.

研究の動機と目的

• 高エネルギー天体物理学の根本的問いに応えるために、エネルギー的宇宙イベントからの微弱で一時的なX線放射を検出する。
• 現在の全天モニタの限界を克服し、0.5–4 keV帯で10倍高い感度を達成する。
• 銀河中心部における潮汐破壊イベント（TDE）に起因するまれなX線フレアを検出することで、通常は静止状態にあるブラックホールを明らかにする。
• 重力波遷移のX線対応源を迅速に特定することで、マルチメッセンジャーアストロノミーを推進する。
• 高エネルギー一時的現象、特に高赤方偏移ガンマ線バースト、超新星衝撃波解放、X線連星の系統的サーベイを実施する。

提案手法

• マイクロポーレオプティクス（MPO）ラバーライン技術を用いて、60°×60°（約1.1 sr）の大インスタントアンビエントフィールドオブビューと高い効果的面積を達成する。
• 2つの機器を採用：全天監視のための広視野望遠鏡（WXT）と高感度追跡観測のための狭視野望遠鏡（FXT）。
• WXTにはGEM検出器、FXTにはCCD焦点面検出器を装備し、感度と分光分解能を最適化する。
• Grasp（効果的面積 × 視野）が約1000 cm²srに達し、現在の機器をはるかに上回る。
• 機器内処理を用いて一時的現象を検出し、検出後約1分以内に迅速なアラート生成を実行する。
• 600 kmの円形太陽同期軌道（97分周期）を用い、1日あたり5～25回の観測サイクルで全天を繰り返しカバーする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 すべての天体的質量スケールの静止状態にあるブラックホールは、銀河中心部における潮汐破壊イベントに起因するまれなX線フレアの検出によって明らかにできるか？
• RQ2 重力波遷移の電磁的対応源は何か、そしてX線で正確に局在化可能か？
• RQ3 微弱なX線一時的現象の系統的サーベイは、高赤方偏移ガンマ線バーストや超新星衝撃波解放の理解をどのように向上させるか？
• RQ4 X線連星、活動銀河核、星のコロナフレアなどのX線源の集団的特徴と変動パターンは何か？
• RQ5 リアルタイムでのX線一時的現象検出とアラート送信は、多波長およびマルチメッセンジャーキャンペーンの協調観測をどのように可能にするか？

主な発見

• Einstein Probeは、0.5–4 keVエネルギー帯で、現在の全天モニタと比較して10倍の感度向上を達成した。
• このミッションの広視野望遠鏡（WXT）は、広い視野と高い効果的面積のおかげで、約1000 cm²srのGraspを達成し、既存の機器をはるかに上回る。
• FXT機器は、1 keVで約60 cm²の効果的面積を有する狭視野で高感度の視野を提供し、一時的現象源の詳細な追跡観測を可能にする。
• 衛星の軌道により、6か月以内にほぼ完全な全天カバレッジが達成され、1日あたり5～25回の観測サイクルが可能となる。
• 検出後約1分以内の迅速なアラート生成により、国際的な天文学コミュニティによる迅速な多波長追跡観測が可能になる。
• レイトレーシングシミュレーションにより、イリジウム被膜と制御された表面粗さ（0.55 nm）および穴の傾き（σ = 0.85 arcmin）を有するMPOアレイが、ミッション要件を満たす高感度と効果的面積を実現することが確認された。