[論文レビュー] The Commensal Real-time ASKAP Fast Transient incoherent-sum survey

R. M. Shannon, K. W. Bannister+25 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2024

Target Tracking and Data Fusion in Sensor Networks被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、CRAFT/ICS 調査で ASKAP アンテナ強度の非相干和を用いて検出した 43 個の FRB を報告し、サブアーク秒の局在と多くのイベントのホスト同定を行い、計測機器、手法、および科学的含意を概説します。

ABSTRACT

With wide-field phased array feed technology,the Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) is ideally suited to search for seemingly rare radio transient sources that are difficult to discover previous-generation narrow-field telescopes. The Commensal Real-time ASKAP Fast Transient (CRAFT) Survey Science Project has developed instrumentation to continuously search for fast radio transients (duration < 1 second) with ASKAP, with a particular focus on finding and localising Fast Radio Bursts (FRBs). Since 2018, the CRAFT survey has been searching for FRBs and other fast transients by incoherently adding the intensities received by individual ASKAP antennas, and then correcting for the impact of frequency dispersion on these short-duration signals in the resultant incoherent sum (ICS) in real-time. This low-latency detection enables the triggering of voltage buffers, which facilitates the localisation of the transient source and the study of spectro-polarimetric properties at high time resolution. Here we report the sample of 43 FRBs discovered in this CRAFT/ICS survey to date. This includes 22 FRBs that had not previously been reported: 16 FRBs localised by ASKAP to < 1 arcsec and 6 FRBs localised to ~ 10 arcmin. Of the new arcsecond-localised FRBs, we have identified and characterised host galaxies (and measured redshifts) for 11. The median of all 30 measured host redshifts from the survey to date is z=0.23. We summarise results from the searches, in particular those contributing to our understanding of the burst progenitors and emission mechanisms, and on the use of bursts as probes of intervening media. We conclude by foreshadowing future FRB surveys with ASKAP using a coherent detection system that is currently being commissioned. This will increase the burst detection rate by a factor of approximately ten and also the distance to which ASKAP can localise FRBs.

研究の動機と目的

• ASKAP 上の CRAFT/ICS FRB 検出システムの設計と能力を説明する。
• アンテナ強度の非相干和を用いたリアルタイム、低遅延の FRB 検出を実証する。
• FRB をアーク秒スケールへ局在させ、ホスト銀河と赤方偏移を特定する。
• 調査性能と FRB 起源体および介在媒介への含意を評価する。
• より高い検出レートと局在精度のためのコヒーレント検出への将来移行を概説する。

提案手法

• リアルタイムで短時間信号の分散補正を行った後、すべての ASKAP ビームとアンテナの強度を非相干和する。
• FREDDA GPU ベースの dispersion measure transform を使用してビーム全体で FRB 候補を検出する。
• 密度ベースのクラスタリングを適用してリアルタイム候補をグループ化し、FRB と RFI を識別する。
• 高分解能の検出後解析と局在のために、3.1 s の電圧バッファをトリガーしてダウンロードする。
• 高時間分解能のスペクトロ・ポラリメトリック製品の処理のため、CELEBI パイプラインを電圧データ処理に適用する。
• 局在領域と候補銀河の等級を用いて FRB をホスト銀河に関連付けるために PATH フォーマリズムを利用する。）

Figure 1: Montage of FRB host galaxies for ASKAP-localised FRBs with firm associations. We present the FRBs in increasing redshift. In the top left corner, we show the FRB name and redshift. In the top right corner, we list the telescope and observing band of the image. The angular and physical scal

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ASKAP でのリアルタイム FRB 検出と局在における ICS 非相干和アプローチの有効性はどの程度か。
• RQ2 ICS と電圧バッファ・トリガーを用いた ASKAP 検出 FRB の局在精度はどの程度達成できるか。
• RQ3 検出された FRB に関連するホスト銀河と赤方偏移分布は何か、そしてそれは FRB 起源体と環境について何を意味するか。
• RQ4 調査性能（検出率、DM 範囲、フルエンス）はこれまでの FRB 調査とどう比較され、将来のコヒーレント検出へどんな示唆を与えるか。
• RQ5 非相干からコヒーレント FRB 検出システムへ移行する際の制限と今後の改善点は何か。

主な発見

• CRAFT/ICS 調査はこれまでに 43 個の固有 FRB を検出しており、そのうち 22 個は以前報告されていなかった新規発見である。
• 新規にアーク秒で局在した FRB のうち、11 個のホスト銀河が同定・特徴付けされ、実測赤方偏移が得られている。
• サンプル中の全体の測定ホストの中位赤方偏移は z = 0.23 である。
• バーストの分散測度は 206 から 1780 pc cm-3、フルエンスは 10 から 120 Jy ms の範囲を示す。
• 約 30 件の FRB ホスト銀河が同定され、多くの事象でサブアーク秒精度の位置が測定されている。
• このサーベイはリアルタイムかつ共用の FRB 検索の実現可能性と科学的価値を示し、将来のコヒーレント検出アップグレードへの道を開く。

Figure 2: FRB host galaxy montage (continued).