[論文レビュー] FACT - Monitoring Blazars at Very High Energies

D. Dorner, Ahnen, M. L.+27 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 5被引用数 28

ひとこと要約

FACT、初のG-APDチェレンコフ望遠鏡は、光による老化に強く、SiPM（シリコンフォトマルチプライヤー）を用いることで、満月時を含む長期にわたりTeVブラザールの観測を安定的に行える。望遠鏡のクイックルック解析により、リアルタイムでのフレアアラートが可能となり、2014年に7件のアラートが発出された。そのうち、Mrk 421およびMrk 501で顕著なフレアが検出され、カブスネビュラを上回る放射率が記録された。

ABSTRACT

The First G-APD Cherenkov Telescope (FACT) was built on the Canary Island of La Palma in October 2011 as a proof of principle for silicon based photosensors in Cherenkov Astronomy. The scientific goal of the project is to study the variability of active galatic nuclei (AGN) at TeV energies. Observing a small sample of TeV blazars whenever possible, an unbiased data sample is collected. This allows to study the variability of the selected objects on timescales from hours to years. Results from the first three years of monitoring will be presented. To provide quick flare alerts to the community and trigger multi-wavelength observations, a quick look analysis has been installed on-site providing results publicly online within the same night. In summer 2014, several flare alerts were issued. Results of the quick look analysis are summarized.

研究の動機と目的

• 地面に設置されたチェレンコフ望遠鏡におけるシリコンフォトマルチプライヤー（SiPM）の長期的ガンマ線モニタリングへの実用可能性を示すこと。
• 従来のPMtベースの望遠鏡が制限を受ける強力な月光下での観測を可能にすることで、光曲線のデータギャップを低減すること。
• マルチワーブルengthフォローアップ観測を支援するため、リアルタイムのデータ解析とフレア検出を自動化した信頼性の高いシステムを確立すること。
• 数時間から数年までの時間スケールで、偏りのない継続的モニタリングにより、明るいTeVブラザールの複雑な変動性を調査すること。
• 同じ夜のうちに公開されるフレアアラートを発行できるクイックルック解析パイプラインを開発し、迅速なマルチワーブルengthキャンペーンを促進すること。

提案手法

• 4.5°の視野を持つカメラに1440個のSiPMピクセルを搭載し、従来のPMtに代えてより高い耐久性を実現。
• 温度および環境光の変化に対するSiPMゲインの安定化を図るフィードバックシステムを導入し、一貫した性能を維持。
• 独立したゲイン確認とリアルタイムのしきい値モニタリングのため、校正済み外部光パルサーを用いる。
• オンソースおよびオフソースのデータから毎晩の過剰率を計算するクイックルック分析（QLA）パイプラインを適用し、フレアを検出。
• 天頂角および月光によるトリガしきい値の変動を補正するため、カブスネビュラの放射率測定値を基準として過剰率を補正し、放射率レベルを推定。
• スマートフォン最適化のWebインターフェースを介したリモート操作により、人為的介入を最小限に抑えた自動夜間観測を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SiPMベースのカメラは、特に高い環境光条件下でも、チェレンコフ天文学において安定的かつ長期的に性能を維持できるか？
• RQ2 満月時の観測を可能にすることで、変動が著しいTeVブラザールの光曲線のサンプリングはどの程度改善されるか？
• RQ3 クイックルック分析パイプラインは、リアルタイムで顕著なフレアを検出し、コミュニティにアラートを発行するのにどの程度有効か？
• RQ4 偏りのない継続的モニタリングにより、Mrk 421およびMrk 501といった主要なTeVブラザールの変動行動は、数年スケールでどのように現れるか？
• RQ5 QLAの過剰率を用いて、完全なエネルギー再構成を経ずに、オポチュニティ目標（ToO）観測を信頼性を持ってトリガーできるか？

主な発見

• FACTは、センサの故障やゲイン劣化が一切なく、SiPMを3年以上にわたり安定運用した。これは、長期間にわたり天文的用途でSiPMが耐久性を示したことを証明している。
• TeVブラザールの継続的モニタリングが可能となり、満月時を含む観測が実現した。これにより、光曲線におけるデータギャップが縮小された。
• 2013年3月から2014年8月にかけて合計7件のフレアアラートが発出された。そのうち6件は2014年夏に、Mrk 501の放射率がカブスネビュラの3倍を超えたことに起因した。
• Mrk 421は2013年4月に大きなフレアを示し、2014年冬から2015年春にかけても、カブスネビュラを上回る複数回の放射率上昇を示した。過剰率の変動は顕著な変動性を示している。
• Mrk 501は2013年夏にやや活発な活動を示し、2014年夏に2回の顕著なフレアを記録。放射率はカブスネビュラの2〜3倍に達し、HESS観測でも確認された。
• クイックルック分析パイプラインにより、同じ夜のうちに過剰率の測定値が得られ、迅速なアラート配信が可能となり、他の観測施設との連携も成功した。