[论文解读] FACT - Monitoring Blazars at Very High Energies

D. Dorner, Ahnen, M. L.+27 more|arXiv (Cornell University)|Feb 9, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 5被引用 28

一句话总结

FACT，第一台G-APD切伦科夫望远镜，利用硅光电倍增管（SiPMs）实现对TeV耀变体的稳健、长期监测，包括满月期间，因为SiPMs具有抗光致老化的特性。望远镜的快速查看分析可实现实时耀发警报，2014年共发出七次警报，检测到Mrk 421和Mrk 501的显著耀发，其中通量超过蟹状星云。

ABSTRACT

The First G-APD Cherenkov Telescope (FACT) was built on the Canary Island of La Palma in October 2011 as a proof of principle for silicon based photosensors in Cherenkov Astronomy. The scientific goal of the project is to study the variability of active galatic nuclei (AGN) at TeV energies. Observing a small sample of TeV blazars whenever possible, an unbiased data sample is collected. This allows to study the variability of the selected objects on timescales from hours to years. Results from the first three years of monitoring will be presented. To provide quick flare alerts to the community and trigger multi-wavelength observations, a quick look analysis has been installed on-site providing results publicly online within the same night. In summer 2014, several flare alerts were issued. Results of the quick look analysis are summarized.

研究动机与目标

• 证明硅光电倍增管（SiPMs）在地基切伦科夫望远镜中用于长期伽马射线监测的可行性。
• 通过在传统光电倍增管（PMT）望远镜受限的强月光条件下实现观测，减少光 light曲线 中的数据间隙。
• 建立一个可靠、自动化的实时数据分析与耀发检测系统，以支持多波段后续观测。
• 提供对明亮TeV耀变体的无偏、连续监测，时间尺度从数小时到数年，以研究其复杂变异性。
• 开发一个快速查看分析流程，可在同一天内向公众发布耀发警报，以触发及时的多波段观测活动。

提出的方法

• 在具有4.5°视场的相机中安装1440个SiPM像素，取代传统PMT，以提高系统的鲁棒性。
• 实施反馈系统，以稳定SiPM增益，抵抗温度和环境光变化的影响，确保性能一致。
• 使用经过校准的外部光脉冲发生器，独立验证增益并实时监控阈值。
• 应用快速查看分析（QLA）流程，从源区和背景区数据中每晚计算过量率，以检测耀发。
• 使用蟹状星云通量测量作为参考，对过量率进行校正，以估算通量水平，同时考虑因天顶角和月光引起的触发阈值变化。
• 通过专为智能手机优化的网页界面远程操作望远镜，实现自动化夜间观测，最大限度减少人工干预。

实验结果

研究问题

• RQ1 SiPM基相机是否能在切伦科夫天文学中提供稳定、长期的性能，特别是在高环境光条件下？
• RQ2 在满月期间进行观测在多大程度上能改善对高度变异性TeV耀变体光曲线的采样？
• RQ3 快速查看分析流程在实时检测并通知社区重大耀发方面有多高效？
• RQ4 在无偏、连续监测下，关键TeV耀变体（如Mrk 421和Mrk 501）在多年时间尺度上的变异性行为如何？
• RQ5 QLA的过量率能否可靠地用于触发机会目标（ToO）观测，而无需完整的能量重建？

主要发现

• FACT在超过三年的时间里成功使用SiPM，期间无任何传感器故障或增益退化，证明了其在长期天文应用中的鲁棒性。
• 望远镜实现了对TeV耀变体的连续监测，包括在满月期间，通过延长观测窗口减少了光曲线中的数据间隙。
• 在2013年3月至2014年8月期间，共发出七次耀发警报，其中六次在2014年夏季，因Mrk 501通量超过蟹状星云的三倍。
• Mrk 421在2013年4月出现一次重大耀发，并在2014/15年冬季多次出现通量超过蟹状星云的情况，过量率显示其具有强烈变异性。
• Mrk 501在2013年夏季表现出中等活性，并在2014年夏季出现两次显著耀发，通量达到蟹状星云水平的2至3倍，经HESS观测证实。
• 快速查看分析流程在同一天内提供实时过量率测量，实现了快速警报分发，并成功协调其他天文台的观测。