[논문 리뷰] All-Sky Earth Occultation Observations with the Fermi Gamma Ray Burst Monitor

C. Wilson‐Hodge, E. Beklen외 11명|ArXiv.org|2009. 12. 18.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 8 keV–300 keV 범위에서 64개의 지속적이고 일시적인 소스를 대상으로 하드 X선/부드러운 감마선 플럭스를 모니터링하기 위해 위성의 지구 은폐 현상을 활용하는 페르미 GBM 지구 은폐 조사 결과를 제시한다. 이 방법은 고주기 라이트 커브와 스펙트럼 측정을 가능하게 하며, Swift/BAT와의 강한 일치를 보이며, XTE J1752–223과 같은 폭발성 일시적 소스와 Sco X-1 및 Cen A와 같은 소스의 장기적 변동성을 감지한다.

ABSTRACT

Using the Gamma Ray Burst Monitor (GBM) on-board Fermi, we are monitoring the hard X-ray/soft gamma ray sky using the Earth occultation technique. Each time a source in our catalog enters or exits occultation by the Earth, we measure its flux using the change in count rates due to the occultation. Currently we are using CTIME data with 8 energy channels spanning 8 keV to 1 MeV for the GBM NaI detectors and spanning 150 keV to 40 MeV for the GBM BGO detectors. Our preliminary catalog consists of galactic X-ray binaries, the Crab Nebula, and active galactic nuclei. In addition, to Earth occultations, we have observed numerous occultations with Fermi's solar panels. We will present early results. Regularly updated results can be found on our website http://gammaray.nsstc.nasa.gov/gbm/science/occultation

연구 동기 및 목표

• 지구 은폐를 이용해 8 keV–300 keV 범위에서 하드 X선/부드러운 감마선 천체를 모니터링하여 일시적 및 변동성 소스를 탐지한다.
• 기존 및 신규 탐지 소스에 대해 고주기 플럭스 라이트 커브와 스펙트럼을 제공하여 다파장 및 LAT 상관 분석을 지원한다.
• 신규 일시적 소스의 사전 탐지 방출을 조기에 감지하고 소스 목록의 완전성을 향상시킨다.
• 더 넓은 에너지 범위와 향상된 감도를 위해 BGO 검출기와 CSPEC 데이터로 모니터링 범위를 확장한다.
• 반복적인 소스 모델링 및 검출기 응답 보정을 통해 간섭원과 위성 블로킹으로 인한 체계적 오차를 최소화한다.

제안 방법

• GBM NaI 및 BGO 검출기에서 확보한 CTIME 데이터(256 ms 해상도, 8개 에너지 채널)를 사용하여 지구 은폐 동안의 플럭스 변화를 측정한다.
• 각 은폐 사건을 2차 다항식 배경과 소스별 프로파일의 조합으로 모델링하며, 대기 투과도 및 검출기 응답 함수를 고려한다.
• 각 검출기별 스케일 인자와 함께 검출기 간 공동 최적화를 통해 소스 플럭스를 유도하며, 정규화를 위해 가정된 소스 스펙트럼을 사용한다.
• 피팅 중 태양 전지나 위성 구조물에 의해 차단되는 검출기를 제외하며, 동적 조준 및 변화하는 검출기 응답을 고려한다.
• BGO 검출기(150 keV–40 MeV)에도 동일한 기법을 적용하며, 별도의 에너지 채널 경계와 독립적인 간섭 고려 사항을 적용한다.
• 특히 15–50 keV 대역에서 Swift/BAT 및 RXTE/ASM 라이트 커브와의 교차 비교를 통해 결과를 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미 GBM를 이용한 지구 은폐 기법이 8 keV–300 keV 범위에서 지속적 및 일시적 소스에 대해 신뢰할 수 있고 고주기 라이트 커브를 제공할 수 있는가?
• RQ2 겹치는 소스와 에너지 대역에서 GBM 플럭스 측정치가 Swift/BAT 및 RXTE/ASM와 얼마나 잘 일치하는가?
• RQ3 XTE J1752–223과 같은 알려진 일시적 소스에서 폭발 활동 감지에 대해 GBM 은폐 기법의 감도는 어떠한가?
• RQ4 Sco X-1와 같은 밝은 X선 이중성 및 GRS 1915+105와 같은 마이크로쿼사르에서 장기적 변동성을 감지할 수 있는 정도는 어떠한가?
• RQ5 더 높은 에너지 BGO 검출기와 CSPEC 데이터로 이 기법을 성공적으로 확장할 수 있는가? 이는 더 나은 스펙트럼 및 시간 해상도를 확보하기 위함이다.

주요 결과

• 2009년 12월 15일 기준으로 64개의 모니터링 소스 중 42개가 8 keV에서 300 keV 사이의 에너지 대역에서 최소한 한 개 이상의 대역에서 10σ 이상의 신뢰도로 초보적 탐지가 이루어졌다.
• 2009년 10월 23일에 발견된 블랙홀 일시적 소스인 XTE J1752–223은 12–300 keV 범위에서 30일간의 플럭스 플랫폼을 보였고, 이후 25–50 keV 대역에서 더 강한 밝아짐을 보이며 스펙트럼의 연화를 암시했다.
• Sco X-1는 8–12, 12–25, 25–50 keV 대역에서 매일 탐지되었으며, 일일 평균 플럭스가 시간에 따라 안정적인 방출을 보였다.
• GRS 1915+105는 8–100 keV 대역에서 매일 및 장기적인 시간 스케일에서 감지 가능한 플럭스 변동을 보였으며, GBM 및 Swift/BAT 라이트 커브 간 양호한 일치를 보였다.
• Cen A는 12–25 keV 대역에서 매일 모니터링되었고, 더 높은 대역(50–300 keV)에서는 장기적인 스케일에서 일관된 플럭스 수준을 유지했으며 Swift/BAT와의 일치를 보였다.
• BGO 1의 100–380 keV 대역에서 크랩성의 초보적 라이트 커브는 고에너지 BGO 검출기로의 은폐 기법 적용에 성공했음을 보여준다.