[논문 리뷰] The search for optical emission on and before the GRB trigger with the WIDGET telescope

T. Tamagawa, Fumihiko Usui외 12명|arXiv (Cornell University)|2005. 06. 10.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 일본 아케노에서 2004년 6월부터 운영 중인 로봇 광학 천체망원경 WIDGET를 소개한다. 이 망원경은 HETE-2의 시야를 모니터링하여 감마선 폭발(GRBs)의 즉각적인 광학 플래시와 전구를 탐지하도록 설계되었다. 62°×62°의 시야와 5초 간격으로 작동하며, 5초 노출 시 V=10 등급(신호 대 잡음비=3)의 한계 등급을 달성했으나, 2004년 장마철의 흐린 날씨로 HETE-2 경고 6건 모두를 놓침. 이 시스템은 스위프트 시대에 대비해 확장된 시야, 다색 측정, 편광 측정 기능을 갖춘 업그레이드를 진행 중이다.

ABSTRACT

WIDGET is a robotic telescope for monitoring the HETE-2 field-of-view to detect Gamma-ray Burst optical flashes or possible optical precursors. The system has 62degx62deg wide field-of-view which covers about 80% of HETE-2 one with a 2kx2k Apogee U10 CCD camera and a Canon EF 24mm f/1.4 wide-angle lens without a bandpass filter. WIDGET has been in operation since June 2004 at Akeno observing site where is about 200 km apart from Tokyo. Typical limiting magnitude with S/N=3 at the site is V=10mag for 5 seconds exposure and V=11mag for 30 seconds exposure. We had already six coincident observations with HETE-2 position alerts. It was, however, cloudy for all cases due to rainy season in Japan. Expected number of coincident observations under clear sky is about 5 events per year. We will extend the system in early 2005 for Swift era to monitor optical transients in wider field-of-view, multi-color or polarization modes.

연구 동기 및 목표

• 감마선 폭발(GRBs)의 즉각적인 광학 방출, 특히 초기 플래시와 전구를 탐지하여 초기 방출 메커니즘에 대한 통찰을 제공하고자 한다.
• 완전 자동화된 광역 로봇 천체망원경 시스템을 통해 위성 트리거 이후 신속한 대응을 가능하게 하고자 한다.
• HETE-2를 초월해 스위프트 시대의 일시적 천체 모니터링까지 포함하여 GRB 광학 대응체의 조기 탐지를 향상시키고자 한다.
• GRB 광학 플래시의 물리적 조건을 탐색하기 위해 다색 및 편광 측정이 가능한 시스템을 개발하고자 한다.

제안 방법

• WIDGET는 24mm f/1.4 Canon EF 렌즈와 2k×2k Apogee U10 CCD 카메라를 조합하여 62°×62°의 시야를 확보한다.
• 90 arcmin/sec의 이동 속도를 가진 Takahashi NJP Temma-2 편광 지지대를 사용하여 GRB 위치로 신속하게 이동한다.
• 모든 구성 요소는 정밀한 타이밍(오차 <1초)을 확보하기 위해 NTP와 무선 시계를 사용한 리눅스 기반 PC로 제어된다.
• 망원경은 자동으로 지붕 제어 기능을 갖춘 완전 자동 운영 시스템으로, 전원 장애 발생 시도 실패 방지 기계식 시스템이 지붕을 닫는다.
• 사시계측 및 천체 위치 보정은 Tycyho 목록의 항성들을 사용하며, 10°×10° 중심 영역 내에서 천체 위치 정밀도는 1.5 초초이다.
• 지속적인 무인 운영을 보장하기 위해 소프트웨어, 하드웨어, 네트워크 장애에 대비한 내구성 있는 설계가 되어 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광역 로봇 천체망원경이 위성 트리거 이후 즉각적으로 GRB의 광학 플래시나 전구를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 밴드패스 필터가 없는 5초 간격의 지상 광학 시스템의 감도와 다이나믹 레인지 능력은 어떠한가?
• RQ3 일본의 일반적인 기상 조건에서 광역 광학 모니터링 시스템이 GRB 광학 대응체를 탐지하는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ4 스위프트 미션 시대에 대비해 다색 및 편광 측정 기능을 갖춘 시스템의 기능을 어떻게 향상시켜야 하는가?
• RQ5 큰 시야 범위에서 GRB 위치를 명확히 특정할 수 있을 정도의 충분한 천체 위치 정밀도를 확보할 수 있는가?

주요 결과

• WIDGET는 아케노 현장에서 5초 노출 시 V=10 등급(신호 대 잡음비=3), 30초 노출 시 V=11 등급의 한계 등급을 확보했다.
• HETE-2 위치 경고와 6건의 동시 관측이 있었으나, 2004년 장마철의 흐린 날씨로 모두 놓침.
• 청명한 날씨 조건에서 예상되는 성공적인 동시 관측 수는 연간 약 5건이다.
• 10°×10° 중심 영역 내에서 천체 위치 정밀도가 1.5 초초로 측정되어, 명확한 GRB 소스 식별에 충분하다.
• 단일 밤 동안 별의 영구적 밝기 변화는 ΔV=0.2 등급 이내로 측정되어 신뢰할 수 있는 광학 측정이 가능하다는 것을 보여준다.
• 2005년 초에 시스템은 100°×100°의 시야 범위를 커버하도록 4대의 망원경으로 확장되며, 밴드패스 및 투명 필터를 사용한 다색 및 편광 관측 기능이 추가로 구현될 예정이다.