[논문 리뷰] The Extreme Universe Space Observatory on a Super-Pressure Balloon II Mission.

Lawrence Wiencke, Angela V. Olinto|arXiv (Cornell University)|2019. 09. 26.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 9인용 수 5

한 줄 요약

EUSO-SPB2는 페브(EeV) 에너지의 초고에너지 우주선을 탐지하기 위해 두 대의 광학 망원경을 사용하는 고고도 초압력 방류기 임무이다: 자외선 감도를 가진 공기 샤워 탐지용 형광망원경과 자외선/가시광선 영역의 찰렌코프 방출을 탐지하는 찰렌코프망원경. 이 임무는 ANITA가 보고한 상향 방향 이벤트의 광학적 서명을 검증하고, 우주선 배경을 측정함으로써 향후 다중 메신저 천체물리학을 위한 궤도 기반 관측소의 사전 임무로 기능한다.

ABSTRACT

The Extreme Universe Space Observatory on a Super Pressure Balloon II Mission (EUSO-SPB2) is a precursor for a next generation space observatory for multi-messenger astrophysics. The EUSO-SPB2 instrument will measure PeV and EeV-scale cosmic rays, optical backgrounds that could mimic tau neutrino interactions in the Earth's limb, and search for optical signatures consistent with the upward-going candidate events that the Antarctic Impulse Transient Antenna (ANITA) reported. The payload, now in the design and fabrication stage, features a pair of optical telescopes that have 1 meter diameter apertures. The Fluorescence Telescope will have sensitivity in the UV to target extensive air showers at EeV energies. The Cherenkov Telescope will have UV/VIS sensitivity to target Cherenkov emission from air showers at PeV energies. The planned launch date is 2022. We discuss the science and mission, and the current status.

연구 동기 및 목표

• 고고도 초압력 방류기 상에서 광학 망원경을 이용해 페브 및 에이브 에너지 척도의 우주선을 측정하기.
• 지구의 가장자리에서 타우 중성자와 유사하게 보일 수 있는 광학적 배경을 특성화하기.
• ANITA 실험에서 보고한 상향 방향 이벤트와 일치하는 광학적 서명을 탐색하기.
• 다중 메신저 천체물리학을 위한 향후 궤도 기반 관측소의 탐지 기술을 검증하기.
• 초고에너지 우주선 과학을 위한 대구경 광학 망원경이 성층권 조건에서 실현 가능함을 보여주기.

제안 방법

• 패널에는 자외선 범위에서의 형광 탐지용, 자외선/가시광선 영역에서의 찰렌코프 방출 탐지용으로 각각 1미터 지름의 광학 망원경 두 대를 사용한다.
• 형광망원경은 에이브 에너지의 초고에너지 우주선에 의해 유도된 광범위한 공기 샤워에서 발생하는 자외선 빛을 탐지한다.
• 찰렌코프망원경은 페브 에너지의 공기 샤워에서 발생하는 찰렌코프 방사선을 탐지한다.
• 장기적인 안정 비행을 위해 고고도에서 장기간 비행이 가능한 초압력 방류기를 통해 기구를 운반한다.
• 이 임무 설계는 잠재적인 일시적 광학 신호를 위해 대기 및 지구의 가장자리를 지속적으로 관측할 수 있도록 한다.
• 실제 우주선 이벤트와 배경 광학 노이즈를 구분할 수 있도록 시스템을 校정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ANITA가 보고한 상향 방향 우주선 이벤트의 광학적 서명이 방류기 기반 망원경을 통해 확인될 수 있는가?
• RQ2 타우 중성자 상호작용과 유사하게 보일 수 있는 지구의 가장자리에서의 광학적 배경 수준과 성격은 무엇인가?
• RQ3 자외선 감도를 가진 망원경이 에이브 에너지의 초고에너지 공기 샤워를 얼마나 효과적으로 탐지할 수 있는가?
• RQ4 찰렌코프 망원경이 대기에서 발생하는 페브 에너지의 공기 샤워에 대해 얼마나 민감한가?
• RQ5 방류기 기반 플랫폼이 초고에너지 우주선 탐지의 향후 궤도 기반 관측소에 얼마나 효과적으로 사전 시험 플랫폼으로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• EUSO-SPB2 기구는 공기 샤워 방출을 탐지하기 위해 자외선 및 자외선/가시광선 감도에 최적화된 두 대의 1미터 지름 망원경으로 구성되어 있다.
• 형광망원경은 에이브 에너지의 광범위한 공기 샤워를 관측할 수 있는 충분한 감도를 확보할 것으로 예상된다.
• 찰렌코프망원경은 페브 에너지의 우주선 샤워에서 발생하는 찰렌코프 빛을 탐지할 수 있을 것이다.
• 이 임무는 직접 관측을 통해 ANITA의 상향 방향 이벤트 후보의 광학적 기원을 검증하는 것을 목표로 한다.
• 초압력 방류기 플랫폼은 고고도에서 장기적이고 안정적인 비행을 가능하게 하여 지속적인 데이터 수집을 가능하게 한다.
• 이 임무는 현재 설계 및 제작 단계에 있으며, 2022년 계획 발사 중이다.