[論文レビュー] The effect of annealing on the RHESSI gamma-ray detectors

P. Vereš, J. Řípa+1 more|ArXiv.org|Dec 19, 2009

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

本研究は、2002年以降、放射線損傷によって劣化したRHESSIのゲルマニウムガンマ線検出器に対するアニール処理の影響を調査している。アニール処理により高エネルギー感度は部分的に回復したが、硬さ比（H21）が系的に硬くなる傾向を示し、低エネルギースペクトル応答が劣化した。その結果、2007年以降のGRBスペクトル解析には現在のRHESSI応答行列が信頼できなくなる。

ABSTRACT

The performance of nine RHESSI germanium detectors has been gradually deteriorating since its launch in 2002 because of radiation damage caused by passing through the Earth's radiation belts. To restore its former sensitivity, the spectrometer underwent an annealing procedure in November 2007. It, however, changed the RHESSI response and affected gamma-ray burst measurements, e.g., the hardness ratios and the spectral capabilities bellow approximately 100 keV.

研究の動機と目的

• 2007年のアニール処理が放射線損傷を受けたRHESSIのゲルマニウム検出器の回復にどの程度効果的であったかを評価すること。
• アニール処理がRHESSIのスペクトル応答、特に低エネルギー領域（<100 keV）に与える影響を評価すること。
• アニール後のGRB測定値、特に硬さ比とスペクトル指数が、アニール前のデータと一貫しているかどうかを調査すること。
• アニール後のGRBスペクトル解析に、現在のRHESSI応答行列が信頼できるかどうかを特定すること。
• 選択したGRBについて、RHESSIが得たスペクトルパラメータをSwiftおよびFermiのデータと比較し、乖離を定量すること。

提案手法

• Cutoff power-law (CPL)およびBand関数の2つのモデルを用いて、GRB光曲線のスペクトルフィッティングを実施した。
• スペクトルの進化を定量化するため、硬さ比H21（120–400 keV / 25–120 keV）およびH32（400–1500 keV / 120–400 keV）を計算した。
• 2007年11月のアニール前後における、長短GRBの硬さ比およびT90時間の時間的変化を追跡した。
• 3つの選択されたGRB（061121、080607、080825）について、RHESSIのスペクトルパラメータ（α、β、Ep）をSwiftおよびFermiのデータと比較した。
• スペクトルモデルのフィットの良さを評価するために、自由度補正済みχ²統計量を用いた。
• 放射線損傷を逆転させるために、検出器を90°C以上に1週間加熱した前後におけるRHESSI分光計の応答を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2007年のアニール処理は、RHESSIのゲルマニウム検出器の低エネルギー感度を正常に回復させたのか？
• RQ2 アニール処理は、ガンマ線バーストの測定硬さ比（H21およびH32）にどのような影響を与えたか？
• RQ3 アニール後のRHESSIで得られたスペクトルパラメータ（例：光子指数α）は、SwiftやFermiなどの他の人工衛星のデータと一貫しているか？
• RQ4 アニール処理によりエネルギー応答関数が変化し、アニール前の応答行列をアニール後のデータに使用することが無効になったと考えられるか？
• RQ5 アニール処理はGRBのT90時間に影響を及ぼしたか？

主な発見

• アニール処理により高エネルギー感度は部分的に回復したが、低エネルギー応答は回復せず、~100 keV未満で依然として劣化が継続していた。
• アニール後のGRBでは、低エネルギー硬さ比H21が系的に増加しており、アニール前の観測と比較してスペクトルがより硬くなっていることが示された。
• 高エネルギー硬さ比H32は平均的に統計的に有意な変化がなく、高エネルギースペクトル成分に顕著なシフトは見られなかった。
• GRB 080607では、RHESSIによるCPLモデルでの光子指数αは2.33 ± 0.18であったが、Swiftの値1.15 ± 0.03と顕著に異なっており、低エネルギー応答に不一致があることを示唆した。
• GRB 080825では、RHESSIのBand関数フィットから得たα = 5.36 ± 0.86およびEp = 256 ± 25 keVは、Fermiの値（α = 0.54 ± 0.21、β = 2.29 ± 0.35）と著しく不一致しており、スペクトルモデリングに顕著な乖離が生じていることを示した。
• GRBのT90時間はアニール処理の影響を受けておらず、バーストの時間的特性に変化はなかった。