[論文レビュー] Orbit Mode observation Technique Developed for VERITAS

G. Finnegan|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、VERITAS像気圧チェレンコフ望遠鏡アレイ向けの新規軌道モード観測技術を提示する。この手法では、標的天体を一定の半径オフセットと一定の角速度でカメラ中心の周りを連続的に回転させる。この方法により、観測間の無効時間の短縮、背景推定の均一性の向上、1晩あたり最大60分の有効観測時間の増加が達成され、初期結果ではカブネビュラに対して標準のウッブルモードと同等またはそれ以上のガンマ線検出率が得られている。

ABSTRACT

The canonical observation mode for IACT gamma-ray observations employs four discrete pointings in the cardinal directions (the "wobble" mode). For the VERITAS Observatory, the target source is offset by 0.5-0.7 degrees from the camera center, and the observation lasts 20 minutes. During January/February of 2011, the VERITAS Observatory tested a new "orbit" observation mode, where the target source is continuously rotated around the camera center at a fixed radial offset and constant angular velocity. This mode of observation may help better estimate the cosmic ray background across the field of view, and will also reduce detector dead-time between the discrete 20 minute runs. In winter 2011, orbit mode observations where taken on the Crab Nebula and Mrk 421. In this paper we present the analysis of these observations, and describe the potential applications of orbit mode observations for diffuse (extended) sources as well as GRBs.

研究の動機と目的

• 標準ウッブルモードにおける離散的観測ラン間の無効時間を短縮するため、連続追尾を可能にする。
• 方位対称性を用いて、視野全体における背景推定の均一性を向上させる。
• 望遠鏡の移動遅延を最小限に抑えることで、1晩あたりの有効観測時間を増加させる。
• 拡散的・拡張的ガンマ線源に対する軌道モードの感度を評価する。
• ガンマ線バースト（GRB）のような一時的天体のための迅速な全天スキャンの可能性を評価する。

提案手法

• 標的天体を固定された半径オフセット（0.5–0.7度）と一定の角速度（20–80分ごとに1回転）でカメラ中心の周りを連続的に回転させる。
• リアルタイムで望遠鏡の指向を調整し、赤経・赤緯上で円形の軌道を追跡するようにし、高度と方位角で滑らかな正弦曲線に従う運動を実現する。
• 長時間の観測（例：Mrk 421では80分）を実施し、高度と方位角の角度に基づいてイベントを記録し、源の方向を再構築する。
• トリガー後処理で回転補正を施し、イベントを源の真の位置に再配列することで、源の局在化を回復する。
• 背景推定にはリング背景法またはリフレクテッドリージョン法を用い、方位対称性のおかげで均一性が向上する。
• 2011年冬にカブネビュラおよびMrk 421を用いてテストを行い、20–30 GBのデータ転送が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 軌道モードは観測ラン間の無効時間を短縮し、有効観測時間を延長できるか？
• RQ2 ウッブルモードと比較して、軌道モードはより均一な背景推定をもたらすか？
• RQ3 カブネビュラのような点状源に対して、ガンマ線検出率は軌道モードがウッブルモードと同等かそれ以上か？
• RQ4 位置誤差が大きい一時的天体（例：GRB）を効率的にスキャンするため、軌道モードは大面積の空域スキャンに適しているか？
• RQ5 拡散的または拡張的ガンマ線源を検出するための軌道モードの感度はいかほどか？

主な発見

• カブネビュラに対する軌道モード観測では、1分あたり10.0 ± 0.6個のガンマ線検出率が得られ、ウッブルモードの9.1 ± 0.7個/分と同等またはそれ以上の性能を示した。
• この手法により、観測ラン間の無効時間が有意に短縮され、1晩あたり30–60分の追加観測時間が得られる可能性がある。
• 急速な回転のおかげで、視野内の星がもたらす局所的背景汚染が軌道モードで低減され、ピクセル固有のトリガー雑音も減少した。
• Fermi LAT GRBアラート（2°半径）の場合、1回の軌道で1σ含み領域全体をスキャン可能である。
• Fermi GBMアラート（15°半径）の場合、1回の軌道で1σ領域のおよそ25%をカバー可能である。
• VERITAS望遠鏡は軌道モード中に安定して稼働し、テスト中に一貫した角速度と半径オフセットが観測された。