[論文レビュー] The future Gamma-Ray Burst Mission SVOM

S. Schanne, Jean‐François Paul+14 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2010

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 9

ひとこと要約

SVOMミッションは、高エネルギー、X線、可視光帯域においてガンマ爆発（GRB）を検出・局在化・研究することを目的とした宇宙望遠鏡である。ECLAIRsによりリアルタイムでGRBをトリガーし局在化し、MXTとVTにより高精度なX線および可視光後光を追跡する。地上の無人望遠鏡と連携することで、サブアーキセコンド未塔の正確なGRB局在化、Lyman-α吸収を用いた赤方偏移の決定、およびプロンプトから後光への移行段階における多波長スペクトルエネルギー分布の測定が可能となる。

ABSTRACT

We present the Space-based multi-band astronomical Variable Object Monitor (SVOM), a future satellite mission for Gamma-Ray Burst (GRB) studies, developed in cooperation between the Chinese National Space Agency (CNSA), the Chinese Academy of Science (CAS), the French Space Agency (CNES) and French research institutes. The scientific objectives of the SVOM GRB studies cover their classification (GRB diversity and unity of the model), their physics (particle acceleration and radiation mechanisms), their progenitors, cosmological studies (host galaxies, star formation history, re-ionization, cosmological parameters), and fundamental physics (origin of cosmic rays, Lorentz invariance, gravitational wave sources). From 2015 on, SVOM will provide fast and accurate localizations of all known types of GRB, and determine the temporal and spectral properties of the GRB emission, thanks to a set of four onboard instruments. The trigger system of the coded-mask telescope ECLAIRs onboard SVOM images the sky in the 4-120 keV energy range, in order to detect and localize GRB in its 2 sr-wide field of view. The low-energy threshold of ECLAIRs is well suited for the detection of highly red-shifted GRB. The high-energy coverage is extended up to 5 MeV thanks to a non-imaging gamma-ray spectrometer. GRB alerts are sent in real-time to the ground observers community, and a spacecraft slew is performed in order to place the GRB within the narrow fields of view of a soft X-ray telescope and a visible-band telescope, to refine the GRB position and study its early afterglow. Ground-based robotic telescopes and wide-angle cameras complement the onboard instruments. A large fraction of GRB will have redshift determinations, thanks to an observing strategy optimized to facilitate follow-up observations by large ground-based spectroscopic telescopes.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移および短時間継続GRBを含め、複数のエネルギー帯域におけるガンマ爆発（GRB）の検出および局在化の向上。
• GRB検出後数分以内に、狭視野機器（MXTおよびVT）を自動で指向し、GRB位置を向けるための迅速かつ自律的な衛星の姿勢制御。
• 光学後光の光度測定およびLyman-α吸収特徴を用いた、多数のGRBの赤方偏移の決定を可能にする。
• 宇宙機器と地上の無人望遠鏡（GFT、GWAC）を統合することで、可視光およびX線の初期放射を迅速に捉える多波長追跡を促進。
• 星形成歴史、再イオン化、ローレンツ不変性や宇宙線起源の検証を含む、宇宙論的および基礎物理学的研究を支援。

提案手法

• ECLAIRsは2 srの視野を有する符号マスクガンマ線望遠鏡であり、4–120 keVのエネルギー範囲でGRBを検出し、明るい源では数分以内、やや暗い源では約10アーキセコンドの精度でリアルタイムでの局在化を提供する。
• 衛星はGRB検出後約10分以内に自律的に姿勢を変更し、MXT（ソフトX線望遠鏡）およびVT（可視光帯望遠鏡）の狭視野に源を収める。これにより、サブアーキセコンドの局在化が可能となる。
• MXTは0.3–5 keVの範囲に感度を持つ高速読み出しCCDカメラを備え、5分以内に約70％のGRB後光を検出可能であり、半数のケースで20アーキセコンド未塔の精度で局在化可能である。
• VTは21×21アーキセコンドの視野を有する2バンド可視光画像（650 nm以上／未満）を提供し、限界等級MV = 23（5σ、300秒露光）を達成。Lyman-α吸収を用いた高赤方偏移GRB候補の選別が可能である。
• 地上システムには、128台の広視野カメラを備えたGWAC（15秒露光でMV = 15まで検出可能）があり、即時の可視光放射を検出する。加えて、中国およびフランスに位置する2台のGFT望遠鏡（30アーキセコンド視野、0.5アーキセコンドの局在化精度）がある。
• リアルタイムアラートはVHFネットワークおよびGCN経由で配信され、ECLAIRsベースのアラートは地上観測者に1分以内に到達し、X線／可視光の精密位置は10分以内に提供される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 トリガー後5分以内に、SVOMのMXTおよびVT機器を用いてサブアーキセコンドの精度で局在化可能なGRBの割合はどれくらいか？
• RQ2 光学後光におけるLyman-α吸収を用いた赤方偏移測定が可能なGRBはどれくらいで、予想される赤方偏移範囲は何か？
• RQ3 初期後光段階において地上望遠鏡が観測可能なGRBの割合はどれくらいか？また、SVOMの指向戦略はその観測をどのように最適化するか？
• RQ4 満月時でも、SVOMのGWACシステムがGRBの即時の可視光放射をどれくらいの割合で検出できるか？
• RQ5 SVOMのマルチインストルメント手法は、プロンプト放射から後光への移行段階において、スペクトルエネルギー分布をどれほど効果的に捉えることができるか？

主な発見

• SVOMは、地上追跡観測の可能な時間窓内で75％のGRBを局在化すると予想され、ECLAIRs視野内での平均地球遮蔽率は約27％である。
• MXT機器は、Swift/XRTのGRB後光のほぼすべてを検出可能であり、迅速に指向されたGRBの約50％を20アーキセコンド未塔の精度で局在化可能と予測されている。
• VT機器は、5σ、300秒露光でMV = 23の限界等級を達成し、衛星の姿勢制御に成功した場合、約70％のGRBを検出可能である。
• GWACシステムは、満月夜でもMV = 15（15秒露光）まで検出可能であり、20％以上のGRBの即時の可視光放射を検出可能である。
• GFT望遠鏡は、120度の経度差を有する二カ所に配置されており、GRBの局在化精度を0.5アーキセコンドに向上させ、40％の追跡能力を達成している。
• ECLAIRsによるリアルタイムアラートは、衛星上での位置計算後1分以内に地上コミュニティに到達すると予想され、X線および可視光の精密位置は10分以内に提供可能である。