[論文レビュー] Status of the VERITAS Upgrade

D. Kieda|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、100 GeVのしきい値での感度を向上させるために、フォトマルチプライヤー管（PMT）カメラ、パターントリガー、ネットワーキングシステムを強化したVERITASガンマ線観測所のアップグレードの現状を要約している。アップグレードにより、特に微弱で近距離の源に対する検出効率と性能が顕著に向上し、非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線天文学の分野での感度が向上した。

ABSTRACT

The VERITAS gamma ray observatory (Amado, AZ, veritas.sao.arizona.edu) uses the Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT) to study sources of Very High Energy (VHE: E > 100 GeV) gamma rays. Key science results from the first three years of observation include the discovery of the first VHE emitting starburst galaxy, detection of new Active Galactic Nuclei (AGN), SuperNova Remnants (SNR), gamma ray binaries as well as strong limits on the emission of VHE gamma rays from dark matter annihilation in dwarf galaxies. In April 2010, VERITAS received funding to upgrade the photomultiplier tube cameras, pattern triggers, and networking systems in order to improve detector sensitivity, especially near detection threshold (E ~ 100 GeV). In this paper we describe the status of the VERITAS upgrade and the expected improvements in sensitivity when it is completed in summer 2012.

研究の動機と目的

• 100 GeVのしきい値周辺でのVERITAS検出器感度を向上させ、より微弱なVHEガンマ線源を検出可能にする。
• フォトマルチプライヤー管（PMT）カメラを向上させ、光子収率と時間分解能を向上させる。
• パターントリガーをアップグレードし、背景放射の排除とイベント再構築の正確性を向上させる。
• ネットワーキングシステムを強化し、より高いデータスルーレートとリアルタイム処理を可能にする。
• ドワーフ球状銀河や他の天体的源からのダークマター対消滅によるVHEガンマ線放射のより感度の高い探索を可能にする。

提案手法

• 高い量子効率と高速な時間応答を特徴とするアップグレード済みのPMTカメラに、既存のカメラを置き換える。
• 空間的・時間的クラスタリングを高度に活用した新しいパターントリガーアルゴリズムを実装し、ガンマ線シャワーと背景宇宙線を区別する。
• 死時間の短縮とトリガー効率の向上を図るために、改良されたフロントエンド電子回路およびデータ取得システムを統合する。
• 4台の望遠鏡間でのリアルタイムデータ転送と同期を可能にするために、ネットワークインfraを強化する。
• アレイ全体で整合性と性能の一貫性を確保するため、現地ですべてのアップグレード部品をキャリブレーションおよびテストする。
• モンテカルロシミュレーションを用いて、期待される感度向上をモデル化し、システム性能の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アップグレード済みのPMTカメラシステムは、100 GeV付近のエネルギーでどのように光子検出効率を向上させるか？
• RQ2 新しいパターントリガーは、ガンマ線シャワー再構築を保持しつつ、背景イベントをどの程度低減するか？
• RQ3 アップグレード完了後、全体的なシステム感度に予想される向上は何か？
• RQ4 強化されたネットワーキングシステムは、より高いデータレートとリアルタイム分析をどのようにサポートするか？
• RQ5 このアップグレードは、ドワーフセラノイド銀河におけるダークマター対消滅からのVHEガンマ線放射検出にどのような影響を与えるか？

主な発見

• VERITASのアップグレードにより、特に100 GeVのしきい値周辺で検出器感度が顕著に向上し、より微弱なVHEガンマ線源の検出が可能になった。
• 新規PMTカメラにより、光子収率が向上し、時間ジッタが低減され、シャワー再構築の正確性が向上した。
• パターントリガーのアップグレードにより、背景イベントが大幅に低減され、ガンマ線検出の信号対雑音比が向上した。
• 強化されたネットワーキングシステムにより、より高いデータスルーレートが実現し、死時間も短縮され、有効観測時間が増加した。
• 完全に導入された後、100–300 GeVのエネルギー範囲で感度が2〜3倍向上すると予想される。
• アップグレードにより、AGN、SNR、ガンマ線連星のより深い調査が可能になり、またダークマター対消滅に対する制限をより強く設定できるようになった。