[論文レビュー] The Infra-Red Telescope on board the THESEUS mission

D. Götz, O. Boulade+20 more|arXiv (Cornell University)|Feb 5, 2018

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 9

ひとこと要約

THESEUSミッション搭載の赤外線望遠鏡（IRT）は、0.7 mのカッシグリーン式望遠鏡として、毎年100～1000個のガンマ線バースト（GRB）後光を検出し、分光的に赤方偏移を測定することを目的としている。0.7–1.8 μmの波長域で動作し、1秒未塔の位置決め精度とR ~ 500の分光分解能を備えることで、高赤方偏移GRBの正確かつ迅速な追跡観測が可能となり、宇宙論的距離測定およびマルチメッセンジャーアストロノミーの大幅な向上が期待される。

ABSTRACT

The Infra-Red Telescope (IRT) on board the Transient High Energy Sky and Early Universe Surveyor (THESEUS) ESA M5 candidate mission will play a key role in identifying and characterizing moderate to high redshift Gamma-Ray Bursts afterglows. The IRT is the enabling instrument on board THESEUS for measuring autonomously the redshift of the several hundreds of GRBs detected per year by the Soft X-ray Imager (SXI) and the X- and Gamma-Ray Imaging Spectrometer (XGIS), and thus allowing the big ground based telescopes to be triggered on a redshift pre-selected sample, and finally fulfilling the cosmological goals of the mission. The IRT will be composed by a primary mirror of 0.7 m of diameter coupled to a single camera in a Cassegrain design. It will work in the 0.7-1.8 μm wavelength range, and will provide a 10x10 arc min imaging field of view with sub-arc second localization capabilities, and, at the same time, a 5x5 arc min field of view with moderate (R up to ~500) spectroscopic capabilities. Its sensitivity, mainly limited by the satellite jitter, is adapted to detect all the GRBs, localized by the SXI/XGIS, and to acquire spectra for the majority of them.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移ガンマ線バースト後光の正確な赤方偏移測定を可能にし、宇宙論的研究を支援すること。
• 地上観測による制限を克服し、1秒未塔の位置決め精度を備えた迅速かつ宇宙空間に配置された近赤外線観測により、地上ベースの追跡を補完すること。
• THESEUSミッションの目的、すなわちGRB後光を距離指標として用いて初期宇宙を探査することを支援すること。
• 近赤外域における分光的・画像的測定能力を備えた、柔軟かつコミュニティが利用可能な施設を提供し、一時的天体の追跡観測を支援すること。
• 地上ネットワークへの依存を低減し、SXIおよびXGIS機器からのX線トリガーに対して自律的かつ迅速に対応可能な仕組みを提供すること。

提案手法

• IRTはカッシグリーン式設計により0.7 mの一次鏡を用い、10×10弧分の視野を実現し、1秒未塔の指向精度を達成する。
• 0.7–1.8 μmの波長域で動作し、高赤方偏移GRB後光をAB mag(YJH)=24まで検出可能である。
• 中分解能（R ~ 500）のスリットレス分光法により、5×5弧分の視野をカバーし、赤方偏移の決定を可能にする。
• IRTは、THESEUS機体搭載のSXIおよびXGIS機器からのトリガーを自律的に受信し、GRBトリガー後数分以内に指向を切り替える。
• 感度は主に衛星のジャイタ（振動）に制限を受けるが、X線機器で検出された多数のGRBを検出し、分光的に特徴づけるように最適化されている。
• ミッションにはゲストオブザーバープログラムが含まれ、特効観測（ToO）アクセスを提供しており、GRB以外の天体の追跡観測にもコミュニティが利用可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙空間に配置された近赤外線望遠鏡が、高赤方偏移GRB後光に対して1秒未塔の位置決め精度と中分解能分光法を達成できるか。
• RQ2 IRTが年間数百個のGRBの赤方偏移測定をどれほど効果的に実施できるか。これにより初期宇宙の探査がどの程度促進されるか。
• RQ3 IRTがX線一時的天体の自律的・迅速な追跡観測を可能にすることで、地上施設の負担をどの程度軽減できるか。
• RQ4 IRTが近赤外域で微弱なGRB後光をどの程度の感度で検出できるか。また、地上観測施設と比較してその性能はいかがであるか。
• RQ5 IRTの分光的・画像的測定能力が、GRB以外の分野、特にマルチメッセンジャーや宇宙論的科学にどのように貢献できるか。

主な発見

• IRTはSXIおよびXGIS機器で検出された多数のGRBを検出し、赤方偏移を測定可能であり、正確な宇宙論的距離測定が可能となる。
• 1時間でAB mag(YJH)=24の感度を達成しており、地上の2mクラス望遠鏡と同等の深さに達するが、はるかに迅速かつ自律的である。
• 1秒未塔の位置決め精度を実現しており、通常の地上システムと比較して、天体の特定が著しく向上する。
• R ~ 500の分光法により、高赤方偏移GRBの赤方偏移を安定して決定でき、宇宙論的調査にとって不可欠である。
• トリガー後数分以内の自律的応答により、初期後光の発光をタイムリーに観測でき、科学的成果の最大化が可能となる。
• ゲストオブザーバープログラムとToOアクセスの導入により、コミュニティ全体が利用可能となり、GRB宇宙論の範囲を越えて、系外惑星、Tタウリ星、Ia型超新星の観測にも貢献できる。