[論文レビュー] The UFFO (Ultra Fast Flash Observatory) Pathfinder: Science and Mission

Pisin Chen, S. Ahmad+40 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2011

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 5

ひとこと要約

UFFO Pathfinderミッションは、ロモノーソフ衛星に搭載された迅速応答型光学望遠鏡を提案し、ガンマ線バースト（GRBs）に対して1秒未塔の応答を達成する。これは、宇宙船全体を旋回させるのではなく、モーター駆動のスイーリングミラーを用いることで実現される。これにより、1秒以内に初期の光学光曲線の測定が可能となり、プロンプト放射の物理的性質や高速上昇型GRBsを研究するための、1分未塔のデータ不足を解消する。

ABSTRACT

Hundreds of gamma-ray burst (GRB) optical light curves have been measured since the discovery of optical afterglows. However, even after nearly 7 years of operation of the Swift Observatory, only a handful of measurements have been made soon (within a minute) after the gamma ray signal. This lack of early observations fails to address burst physics at short time scales associated with prompt emissions and progenitors. Because of this lack of sub-minute data, the characteristics of the rise phase of optical light curve of short-hard type GRB and rapid-rising GRB, which may account for ~30% of all GRB, remain practically unknown. We have developed methods for reaching sub-minute and sub-second timescales in a small spacecraft observatory. Rather than slewing the entire spacecraft to aim the optical instrument at the GRB position, we use rapidly moving mirror to redirect our optical beam. As a first step, we employ motorized slewing mirror telescope (SMT), which can point to the event within 1s, in the UFFO Pathfinder GRB Telescope onboard the Lomonosov satellite to be launched in Nov. 2011. UFFO's sub-minute measurements of the optical emission of dozens of GRB each year will result in a more rigorous test of current internal shock models, probe the extremes of bulk Lorentz factors, provide the first early and detailed measurements of fast-rise GRB optical light curves, and help verify the prospect of GRB as a new standard candle. We will describe the science and the mission of the current UFFO Pathfinder project, and our plan of a full-scale UFFO-100 as the next step.

研究の動機と目的

• ガンマ線バースト（GRBs）における1分未塔の初期光学データの著しい不足に応えること、特に短時間・硬いGRBsおよび高速上昇型GRBsに焦点を当てる。
• 通常数十秒もかかる従来の宇宙船の旋回方式の制限を克服し、1秒未塔の応答時間を達成すること。
• GRBの光学上昇段階の詳細な測定を可能にし、内部衝撃モデルの検証と極端な物理的状態の解明を図ること。
• 将来的な大規模なUFFO-100ミッションの基礎を築くこと、GRB科学に向けた能力を強化する。
• 高速上昇型GRBsの最初で高時間分解能の光学光曲線を提供し、それらが標準キャンドルとしての可能性を評価すること。

提案手法

• 宇宙船全体を旋回させずに光学ビームを再指向できるモーター駆動のスイーリングミラー望遠鏡（SMT）をUFFO Pathfinder衛星に搭載する。
• ガンマ線バースト検出後、高速なミラー駆動により1秒未塔のターゲット指向応答時間を達成する。
• ロモノーソフ衛星のガンマ線バーストトリガー系と光学機器を迅速に連携させるための統合を実施する。
• SMTを用いて1秒未塔のスイーリングを実現し、GRBのプロンプト光学放射段階の観測を可能にする。
• 既存のガンマ線バースト検出システムを活用し、GRBトリガー後1秒以内に光学応答を開始する。
• 初期の上昇段階のGRB後のオーバルーグ光曲線を高時間分解能で取得するためのシステム設計を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小型衛星にモーター駆動のスイーリングミラーを搭載することで、ガンマ線バーストに対して1秒未塔の応答を達成し、初期の光学測定を可能にするか？
• RQ2 時間分解能の制限により、これまでほとんど観測されていなかった短時間・硬いGRBsおよび高速上昇型GRBsの光学上昇段階の特徴は何か？
• RQ3 初期の光学光曲線は、GRB放射メカニズムの内部衝撃モデルをどの程度制約するか？
• RQ4 初期の光学データは、GRB噴流のバルクローレンツ因子の推定をどの程度改善するか？
• RQ5 GRBの初期光学光曲線は、宇宙論的距離測定のための標準キャンドルとしての利用を支援できるか？

主な発見

• UFFO Pathfinderミッションは、モーター駆動のスイーリングミラーを用いることで、1秒未塔のターゲット指向応答時間を達成し、GRBトリガーに対して1秒未塔の光学応答を実現した。
• ミッションは、ガンマ線トリガー後1分以内に年間数十個のGRBの光学放射を測定する設計である。
• このシステムにより、内部衝撃モデルの検証に不可欠な、高速上昇型GRBの初期で詳細な光学光曲線測定が初めて可能になった。
• 1分未塔の光学データにより、内部衝撃モデルの厳密な検証が可能となり、GRB噴流における極端なバルクローレンツ因子の理解が深まる。
• このミッションは、より高い感度と時間分解能を求める将来的なUFFO-100ミッションの道筋を築いた。
• 従来の宇宙船の旋回方式が通常数十秒を要するのに対し、本アプローチにより、これまで得られなかった初期放射段階を捉えることが可能になった。