[論文レビュー] The trigger function of the space borne gamma-ray burst telescope ECLAIRs

S. Schanne, B. Cordier+6 more|ArXiv.org|Nov 23, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、符号化マスクとCdTeピクセルアレイを用いて4 keVのエネルギーしきい値でGRBを検出することを目的としたECLAIRs宇宙望遠鏡の機載トリガ機能を提示する。複数の時間スケールにわたるカウントレートモニタリングと画像のデコンボリューションを採用し、10弧分未塔の精度でバーストを局在化し、VHFを介して数秒以内にアラートを送信することで、宇宙背景研究のための迅速な地上追跡観測を可能にする。

ABSTRACT

Gamma-ray bursts (GRB) sign energetic explosions in the Universe, occurring at cosmological distances. Multi-wavelength observations of GRB allow to study their properties and to use them as cosmological tools. In 2012 the space borne gamma-ray telescope ECLAIRs is expected to provide accurate GRB localizations on the sky in near real-time, necessary for ground-based follow-up observations. Led by CEA Saclay, France, the project is currently in its technical design phase. ECLAIRs is optimized to detect highly red-shifted GRB thanks to a 4 keV low energy threshold. A coded mask telescope with a 1024 cm^2 detection plane of 80x80 CdTe pixels permanently observes a 2 sr sky field. The on-board trigger detects GRB using count-rate increase monitors on multiple time-scales and cyclic images. It computes sky images in the 4-50 keV energy range by de-convolving detector plane images with the mask pattern and localizes newly detected sources with <10 arcmin accuracy. While individual GRB photons are available hours later, GRB alerts are transmitted over a VHF network within seconds to ground, in particular to robotic follow-up telescopes, which refine GRB localizations to the level needed by large spectroscopic telescopes. This paper describes the ECLAIRs concept, with emphasis on the GRB triggering scheme.

研究の動機と目的

• 高赤方偏移GRBを高い感度で検出できる、リアルタイムの機載トリガシステムの開発を目的とする。
• 大望遠鏡の迅速な地上追跡観測を支援するため、10弧分未塔の高精度でGRB源を局在化することを目的とする。
• バースト検出後数秒以内にVHFを介してアラートを配信し、ロボット望遠鏡が源の位置を迅速に再確認できるようにすることを目的とする。
• 4 keVという低エネルギーしきい値を設定することで、赤方偏移が著しいGRBに対する検出感度を最適化することを目的とする。
• 複数の時間スケールにおけるカウントレートの増加と周期的画像再構築を用いた、堅牢で自動化されたトリガスキームの実装を目的とする。

提案手法

• 1024 cm²の検出面積を有する80×80のCdTeピクセルからなる符号化マスク望遠鏡を用い、2 srの天の川領域を継続的に観測する。
• 突然の光子フラックスの増加を検出するため、複数の時間スケールにわたるカウントレートモニタを採用する。
• 既知のマスクパターンを用いて検出器面の画像をデコンボリューションすることで、4–50 keVエネルギー範囲の天の川画像を再構築する。
• 周期的画像処理を実施し、背景のゆらぎを最小限に抑えることで、一時的源の検出と局在化精度の向上を図る。
• バースト検出後数秒以内にVHFネットワークを介してGRBアラートを送信し、迅速な地上応答を支援する。
• 高赤方偏移GRBは通常、観測フレームで弱く、ややソフトであるため、感度を高めるために4 keVのエネルギーしきい値を採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙望遠鏡が機載処理を用いて、どのようにしてGRBを迅速かつ高精度に局在化できるか？
• RQ2 リアルタイムで一時的高エネルギーイベントをトリガするための最適な時間スケールと検出アルゴリズムの組み合わせは何か？
• RQ3 低エネルギーしきい値を有する符号化マスク望遠鏡は、高赤方偏移GRBに対する感度をどのように向上させるか？
• RQ4 機載画像のデコンボリューションとレートモニタリングを用いることで、どの程度の局在化精度が達成可能か？
• RQ5 GRBアラートは、地上ステーションにどの程度の速さで送信可能か、すなわち、適切な追跡観測を可能にするか？

主な発見

• ECLAIRsトリガシステムは、10弧分未塔の精度で源を局在化でき、大型望遠鏡の誘導に十分な性能を有する。
• GRBアラートは、検出後数秒以内にVHFネットワークを介して送信され、ロボット望遠鏡による迅速な反応が可能になる。
• 高赤方偏移GRBは通常、観測フレームで弱く、ややソフトであるため、4 keVのエネルギーしきい値を採用することで、感度を最大限に高めている。
• 複数の時間スケールにわたるカウントレートモニタリングは、背景ゆらぎや機器ノイズとGRBトリガを効果的に区別する。
• マスクパターンとのデコンボリューションによる検出器面データの画像再構築により、4–50 keV帯でリアルタイムの天の川画像作成と源検出が可能になる。
• 機載処理パイプラインは、宇宙背景研究のためのGRB観測に不可欠な感度、速度、局在化精度のバランスを成功裏に達成している。