[论文解读] All-Sky Earth Occultation Observations with the Fermi Gamma Ray Burst Monitor

C. Wilson‐Hodge, E. Beklen+11 more|ArXiv.org|Dec 18, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 4

一句话总结

本文介绍了费米GBM地球掩星观测调查，利用探测器在地球边缘掩星期间监测8 keV–300 keV能量范围内64个持续源和暂现源的硬X射线/软伽马射线通量。该方法可实现高时间分辨率的光 light curves 和光谱测量，与Swift/BAT结果高度一致，并成功探测到如XTE J1752–223等耀发暂现源，以及Sco X-1和Cen A等源的长期变异性。

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

研究动机与目标

• 利用地球掩星观测监测硬X射线/软伽马射线天空，以探测暂现源和变源。
• 为已知源和新发现源提供高时间分辨率的通量光曲线和光谱，以支持多波段观测和LAT关联研究。
• 实现在新暂现源预发现辐射阶段的早期探测，提升源星表的完整性。
• 将监测扩展至BGO探测器和CSPEC数据，以获得更宽的能量覆盖范围并提升灵敏度。
• 通过迭代优化源模型和探测器响应函数，最小化干扰源和航天器遮挡带来的系统误差。

提出的方法

• 利用GBM NaI和BGO探测器的CTIME数据（时间分辨率256 ms，8个能量通道）测量地球掩星期间的通量变化。
• 对每个掩星事件使用二次背景模型，并与大气透射函数和探测器响应函数卷积的源特异性轮廓进行拟合。
• 先对每个探测器分别拟合比例因子，再联合所有探测器拟合以推导源通量，使用假设的源谱进行归一化。
• 在拟合过程中排除被太阳翼或航天器结构遮挡的探测器，同时考虑动态指向和探测器响应的变化。
• 对BGO探测器（150 keV–40 MeV）应用相同方法，使用独立的能量通道边界和不同的源干扰考量。
• 通过与Swift/BAT和RXTE/ASM光曲线交叉比较验证结果，尤其关注15–50 keV能量段。

实验结果

研究问题

• RQ1 费米GBM的地球掩星技术能否为8 keV–300 keV范围内的持续源和暂现源提供可靠且高时间分辨率的光曲线？
• RQ2 GBM通量测量结果与Swift/BAT和RXTE/ASM在重叠源和能量带中的测量结果一致性如何？
• RQ3 GBM掩星方法对已知暂现源（如XTE J1752–223）耀发活动的探测灵敏度如何？
• RQ4 该方法在多大程度上可探测到如Sco X-1等明亮X射线双星和GRS 1915+105等微型类星体的长期变异性？
• RQ5 该方法能否成功扩展至更高能段的BGO探测器和CSPEC数据，以实现更优的能谱和时间覆盖？

主要发现

• 截至2009年12月15日，64个监测源中有42个在8 keV至300 keV之间的至少一个能量带中达到>10σ的初步检测显著性。
• 2009年10月23日发现的黑洞暂现源XTE J1752–223在12–300 keV能量段表现出30天的通量平台期，随后在25–50 keV带出现更强的增强，表明谱能谱变软。
• Sco X-1在8–12、12–25和25–50 keV能量带中每日被探测到，其日均通量随时间保持稳定。
• GRS 1915+105在8–100 keV能量带中表现出日及更长 timescale 的可探测通量变化，GBM与Swift/BAT光曲线结果高度一致。
• Cen A在12–25 keV能量带中每日被监测，在更高能量带（50–300 keV）中实现长期监测，通量水平一致，且与Swift/BAT结果相符。
• 蟹状星云在BGO 1探测器100–380 keV能量带的初步光曲线表明，该掩星技术已成功应用于高能BGO探测器。