[論文レビュー] FAVOR (FAst Variability Optical Registration) -- A Two-telescope Complex for Detection and Investigation of Short Optical Transients

Г. Бескин, Viktor Badin+26 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2005

Spectroscopy and Laser Applications被引用数 5

ひとこと要約

FAVORは、広視野カメラ（WFC）を用いてリアルタイムでトリガーを生成し、ロボット望遠鏡に装備された高速汎用分光偏光計（FUSP）を用いて高時間分解能分光偏光観測を実施する二望遠鏡複合システムであり、短時間光学トランジエンス（OTs）を検出・研究するためのものである。このシステムにより、14等までの微弱なOTをサブ秒級の時間分解能と3–15%の偏光感度で検出可能となり、ガンマ線バーストの後光の早期光学的特徴を顕著に向上させる。

ABSTRACT

An astronomical complex intended to detect optical transients (OTs) in a wide field and follow them up with high time resolution investigation is described.

研究の動機と目的

• 光学トランジエンス（OTs）の発生後1–60秒以内に検出可能な二望遠鏡複合システムの開発を目的とする。これは、従来のフォローアップシステムにおける顕著な遅延を是正することを目的としている。
• 通常、ガンマ線バースト（GRB）トリガー後20–100秒後に光学観測を開始する宇宙機器ベースのトリガー系の限界を克服することを目的とする。
• ロボット望遠鏡に高速でマルチモードの分光偏光計（FUSP）を装備し、OTに対して高時間分解能分光偏光観測を実施することを目的とする。
• 最小限の遅延（≤0.5秒のデータ転送、≤2秒の移動時間）でリアルタイム処理と自動移動を実現することを目的とする。
• 1つの光子から得られる時間的・空間的・スペクトル的・偏光的情報を最大限に抽出する、同時時間的・空間的・スペクトル的・偏光的解析を目的とする。

提案手法

• FAVOR複合システムは、15 cm f/1.2の広視野カメラ（WFC）を用い、1280×1024のCCDを搭載し、7.5 Hz（0.13秒間隔）で動作させ、16°×21°の視野を走査してトランジエンスを検出する。
• トランジエンス検出は、3フレーム連続（0.4秒積算）でリアルタイムに実施され、ノイズや移動物体（人工衛星・流れ星など）を除外する。Vバンドにおける限界等級は約11.5である。
• リアルタイムデータ処理コンピュータ（RTDC）が検出されたトランジエンスを分類し、1–2秒以内にロボット望遠鏡（RT）をその源へ移動させる。
• RTには、位置に敏感な検出器を備えた高速汎用分光偏光計（FUSP）が搭載されており、10 nsの時間分解能と10⁶ピクセルを有し、360–850 nmの波長域で高い量子効率（20–35%）で個々の光子を記録可能である。
• FUSPは3つのモードで動作する：写真偏光測定（4–5 arcmin FOV）、スリットレス分光偏光測定（4000–7000 Å、R~100–250）、スリット分光偏光測定（2"×4"スリット）。モード選択はWFCからのOTの明るさに応じて自動で行われる。
• モード切り替えはコンピュータ制御下のモーター駆動部品により自動化され、平均して数秒の変更時間で実現され、光源の明るさに迅速に適応可能となる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上ベースの二望遠鏡複合システムは、発生後1–60秒以内に光学トランジエンスを検出可能であり、宇宙機器トリガーによるフォローアップシステムに見られる遅延を顕著に短縮できるか？
• RQ2 広視野カメラと高時間分解能分光偏光計を組み合わせた場合、微弱な光学トランジエンスを検出可能な時間分解能と感度はどの程度達成可能か？
• RQ3 1台の装置（FUSP）が同時に写真偏光測定、スリットレス分光測定、スリット分光測定を実施し、1つの光子から得られる情報を最大限に引き出せるか？
• RQ4 リアルタイムで自動的にトリガーを発行し、移動を実行することで、特にガンマ線バーストの後光を対象とした高速光学トランジエンスの観測までの時間をどの程度短縮できるか？
• RQ5 通常の空域および視界条件下で、FUSP分光偏光計の異なる観測モードにおける偏光と等級検出の限界は何か？

主な発見

• WFCは、0.13秒露光でV ≈ 11.5、13秒積算（100フレーム）でV ≈ 14の限界等級を達成し、微弱なトランジエンスの検出が可能である。
• システムは0.4秒（3フレーム）以内にトランジエンスを検出し、分類可能であり、ノイズや移動物体（人工衛星・流れ星など）を効果的に除外できる。
• ロボット望遠鏡は1–2秒でトランジエンス源へ移動可能であり、移動速度は5°/sを超えるため、迅速なフォローアップが可能である。
• FUSPでは、V ≈ 13.5の源に対して、1秒露光で3σの有意性で30%の線形偏光を測定可能である。
• スリットレス分光偏光測定モードでは、V ≈ 11.5–12の源に対して10–15%の線形偏光が3σで測定可能であり、4000–7000 Åの波長域で分解能R ≈ 100–250を達成する。
• FUSP検出器は10 nsの時間分解能、10–20 μmの空間分解能を達成し、10⁶ピクセルで1秒間に最大10⁵カウントのイベントレートをサポートし、360–850 nm波長域で20–35%の量子効率を有する。