[論文レビュー] INTEGRAL Spectrometer SPI's GRB detection capabilities. GRBs detected inside SPI's FoV and with the anticoincidence system ACS

A. von Kienlin, V. Beckmann+16 more|ArXiv.org|Aug 20, 2003

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 26被引用数 39

ひとこと要約

本論文は、INTEGRAL分光計SPIのガンマ線バースト（GRB）検出能力を評価し、その35°の視野内での月間約0.8件の検出、および大規模な遮蔽反跳遮蔽（ACS）による日当たり約0.8件の候補検出を示している。主な発見として、ACSサンプルにおける短時間継続GRB（1秒未塔）の割合がBATSEと比較して著しく高い（48％）ことが判明し、これは硬めで短時間継続のGRB群の検出、あるいは機器的要因の可能性を示唆している。

ABSTRACT

The spectrometer SPI, one of the two main instruments of the INTEGRAL spacecraft, offers significant gamma-ray burst detection capabilities. In its 35 deg (full width) field of view SPI is able to localise gamma-ray bursts at a mean rate of ~ 0.8/month. With its large anticoincidence shield of 512 kg of BGO crystals SPI is able to detect gamma-ray bursts quasi omni-directionally with a very high sensitivity. Burst alerts of the anticoincidence shield are distributed by the INTEGRAL Burst Alert System. In the first 8 months of the mission about 0.8/day gamma-ray burst candidates and 0.3/day gamma-ray burst positions were obtained with the anticoincidence shield by interplanetary network triangulations with other spacecrafts.

研究の動機と目的

• INTEGRALミッションの初8か月間におけるINTEGRAL分光計SPIのガンマ線バースト（GRB）検出性能とその遮蔽反跳遮蔽（ACS）の評価を目的とする。
• SPIのACSが検出したGRBの継続時間分布をBATSEミッションのものと比較し、検出対象群に差異がないかを特定することを目的とする。
• ACSサンプルにおける短時間継続GRBの高頻度が、実際の天体物理学的対象群を示しているのか、それとも機器応答や背景効果に起因するアーチファクトであるのかを検討することを目的とする。
• 特に高エネルギー帯でのほぼ全方向的GRB検出に関して、ACSの感度と検出効率を評価することを目的とする。
• ACSからのGRBアラートの信頼性と、独立した観測（相互惑星ネットワークIPN）との整合性を評価することを目的とする。

提案手法

• 冷凍器に収納された19個の高純度ゲルマニウム検出器を備えたINTEGRAL分光計SPIのデータを用い、512 kgのBGO遮蔽反跳遮蔽（ACS）で保護された。
• OFF-LINE処理を用いて、SPIの35°フル幅視野（FoV）内でのGRB検出を分析し、今後はINTEGRALバーストアラートシステム（IBAS）への統合を計画している。
• 他の宇宙船と連携した相互惑星ネットワーク（IPN）トライアングレーションを用いて、ACSが検出したGRB候補の位置を特定した。
• T90（全フルエンスの90％を蓄積するまでの時間）を用いた継続時間分析により、SPI-ACSサンプルのGRB継続時間分布を4回目のBATSE GRBカタログと比較した。
• IBISおよびSPIによる確認済みGRBと、確認されていないACSイベントとの比較分析により、検出の信頼性と機器的要因の可能性を評価した。
• ISGRIおよびSPI両機器のデータを用いて、スペクトル的特徴と時間的挙動（特にGRB030227における硬めから柔らかめへの進化の証拠）を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 INTEGRALミッションの初8か月間において、SPIの視野内および遮蔽反跳遮蔽（ACS）によるGRB検出率はどの程度か？
• RQ2 SPI-ACSが検出したGRBの継続時間分布は、BATSEミッションのものと比較して、特に短時間継続バーストの割合においてどのように異なるか？
• RQ3 SPI-ACSサンプルにおける非常に短時間のGRB（1秒未塔）の過剰は、実際の天体物理学的対象群を示しているのか、それとも機器的アーチファクトであるのか？
• RQ4 なぜACSはBATSEと比較して通常の短時間継続GRB（1～2秒）を検出できないのか？
• RQ5 ACSはメインカメラとは独立してGRBを検出できる程度の能力を持ち、生成されるアラートはどの程度信頼できるのか？

主な発見

• SPIは、その35°の視野内において月間約0.8件のガンマ線バーストを検出しており、オンボードでの画像化および位置特定能力が有効に機能していることが示された。
• 遮蔽反跳遮蔽（ACS）は、初8か月間で145件のGRB候補を検出し、日当たり約0.8件の検出率を示した。そのうち0.3件/日が相互惑星ネットワーク（IPN）によるトライアングレーションで位置特定された。
• SPI-ACSサンプルには、BATSE（20％）と比較して著しく高い短時間継続GRBの割合（48％ <1 s）が含まれており、検出バイアスまたは硬めで短時間継続のGRB群の検出の可能性を示唆している。
• SPI-ACSサンプルにおける短時間継続GRBのピークは、約0.1秒に偏っており、50 msの時間分解能の制限により、細かな時間的構造の解像度が制限されていることが原因であるとされる。
• ACSサンプルの短時間GRB候補70件中6％（4件）しか他のミッションで確認されておらず、これは機器的要因または高エネルギー帯バイアスの可能性を示唆している。これはBATSEと比較して高いエネルギー閾値に起因する可能性がある。
• 大多数の短時間イベントが確認されないことは、これらが機器的効果、宇宙線衝突、またはソフトガンマ線パルサー（SGRs）の寄与による可能性を示唆しているが、高エネルギーGRB群が実際に存在する可能性も否定できない。