[論文レビュー] PROMPT: Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescopes

D. Reichart, M. Nysewander+12 more|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2005

Spacecraft Design and Technology被引用数 57

ひとこと要約

PROMPTは、CTIOに設置された6台の0.41メートルのリチャーズ・クレティエン望遠鏡で構成されるロボット型多目的望遠鏡システムであり、ガンマ線バースト（GRB）の後光を、アラート受信後数秒以内にパンクロマティックな光学的および偏光モニタリングが可能である。赤方偏移の決定を早期に可能にするドロップアウトシグネチャーの検出や、8バンドの光度測定と独自開発の光学偏光計を用いて高赤方偏移GRBとチリの影響を受けるGRBを区別できる。スイフトのGRB 041217の初観測により、R_c = 21.5マグの限 magnitude で機能性が確認された。

ABSTRACT

Funded by $1.2M in grants and donations, we are now building PROMPT at CTIO. When completed in late 2005, PROMPT will consist of six 0.41-meter diameter Ritchey-Chretien telescopes on rapidly slewing mounts that respond to GRB alerts within seconds, when the afterglow is potentially extremely bright. Each mirror and camera coating is being optimized for a different wavelength range and function, including a NIR imager, two red-optimized imagers, a blue-optimized imager, an UV-optimized imager, and an optical polarimeter. PROMPT will be able to identify high-redshift events by dropout and distinguish these events from the similar signatures of extinction. In this way, PROMPT will act as a distance-finder scope for spectroscopic follow up on the larger 4.1-meter diameter SOAR telescope, which is also located at CTIO. When not chasing GRBs, PROMPT serves broader educational objectives across the state of North Carolina. Enclosure construction and the first two telescopes are now complete and functioning: PROMPT observed Swift's first GRB in December 2004. We upgrade from two to four telescope in February 2005 and from four to six telescopes in mid-2005.

研究の動機と目的

• アラート受信後数秒以内に迅速かつ多波長の光度測定と偏光測定を実施し、GRB後光をモニタリングすることにより、赤方偏移の早期決定を可能にすること。
• u', g', r', i', z', J, H, およびSFDカバー範囲を含む多バンド光度測定を用いて、高赤方偏移GRBとチリによって消光されたGRBを区別すること。
• リアルタイムでGRB後光の光学的偏光を測定し、磁気駆動ジェット成分の存在を示唆する可能性がある。
• CTIOに設置されたSOAR 4.1メートル望遠鏡における分光的フォローアップのための距離測定の予備的役割を果たすこと。
• GRB観測が行われない間は、北カロライナ州全域の教育的アウトリーチ活動を支援すること。

提案手法

• 6台の0.41メートルのリチャーズ・クレティエン望遠鏡を、高速スイーピングが可能なParamount MEマウントに設置し、各望遠鏡に波長最適化されたミラーとカメラを装備する。
• 各望遠鏡に特殊な機器を装備：NIRイメージャ（液体ヘリウム冷却HgCdTe FPA）、赤外帯最適化2台、青帯最適化1台、UV帯最適化1台のCCDイメージャ、およびフレネルレンズとウォラストンプリズムを備えた独自開発の光学偏光計。
• フレネルレンズの回転角度を変化させた画像比からストークスパラメータを測定し、線形偏光度を算出する。
• 重複フィルタを用いて2セットの露光で十分にスペクトルエネルギー分布（SFD）を再構成可能であり、急激に変化する光度曲線の中でも早期の赤方偏移推定が可能である。
• スイフトによる高速な位置特定（15秒以内）と、年間15～30件のGRB検出（CTIOで観測可能な範囲）を活用し、後光観測の機会を最大化する。
• SOARとの連携により分光的フォローアップを実施し、PROMPTの光度測定結果に基づいて、赤方偏移または消光推定値に応じてグッドマン分光計（光学）またはOSIRIS（赤外）分光計を選択する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ロボット型多バンド光学・偏光望遠鏡システムは、GRBアラート受信後1分未塔の応答を達成し、ドロップアウトシグネチャーを用いて早期に赤方偏移を決定できるか？
• RQ2 PROMPTが得る8バンド光度測定により、消光曲線、Lyαフォレスト、およびリンマン限界モデルを用いて、高赤方偏移GRBとチリによって消光されたGRBを区別できるか？
• RQ3 ロボット型光学偏光計は、プロンプト後光段階で高い偏光度（例：80％以上）を測定でき、磁気駆動ジェット成分の存在を示唆できるか？
• RQ4 PROMPTの迅速な光度測定応答とSFD再構成により、急激に変化する初期光度曲線の中でも露光セット数を2セットにまで削減できるか？
• RQ5 PROMPTの光度赤方偏移推定値が、SOARでの最適な分光計選択を支援し、フォローアップ観測の効率を向上させられるか？

主な発見

• PROMPTは、バースト発生後23.8時間以内に初光を達成し、スイフトの最初のGRB（041217）を観測した。3σ限 magnitude はR_c = 21.5マグに達した。
• システムは迅速な応答と多バンド光度測定能力を成功裏に実証した。初期段階の変動が激しい状況下でも、2セットの露光でSFDを再構成し、赤方偏移を推定可能であった。
• 光学偏光計はUNCチャペル・ヒル校で内製開発され、GRBトリガー後約20秒から偏光測定を開始可能となった。
• PROMPTは年間約15件のGRBをバースト発生後数分以内に検出すると予想されており、そのうちz > 5のGRBが約2～3件、z > 10～15のGRBが約1件含まれ、最初の星の時代まで遡れる。
• システムはSOARの分光的フォローアップを支援し、PROMPTの光度赤方偏移推定値に基づいて、迅速に光学分光計と赤外分光計の切り替えが可能となった。
• スイフトのUVOTおよびSOARの分光観測と連携することで、PROMPTによる赤方偏移範囲（z ≈ 13）からSOARのKバンド画像観測による範囲（z ≈ 17）まで拡張された。