[论文解读] All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory: Exploring the Extreme Multimessenger Universe

A. J. van der Horst, A. Domínguez+182 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2019

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 96

一句话总结

AMEGO 是一个探测器级伽玛射线任务概念（200 keV–>10 GeV）具有广域视场、改进的灵敏度、偏振和核线光谱学，以在2020年代末及以后实现多信使天体物理学。

ABSTRACT

The All-sky Medium Energy Gamma-ray Observatory (AMEGO) is a probe class mission concept that will provide essential contributions to multimessenger astrophysics in the late 2020s and beyond. AMEGO combines high sensitivity in the 200 keV to 10 GeV energy range with a wide field of view, good spectral resolution, and polarization sensitivity. Therefore, AMEGO is key in the study of multimessenger astrophysical objects that have unique signatures in the gamma-ray regime, such as neutron star mergers, supernovae, and flaring active galactic nuclei. The order-of-magnitude improvement compared to previous MeV missions also enables discoveries of a wide range of phenomena whose energy output peaks in the relatively unexplored medium-energy gamma-ray band.

研究动机与目标

• 识别并研究产生引力波和中微子的天体物理对象。
• 以高灵敏度和广视场弥补介质能伽玛射线（MeV 区域）中的空白。
• 实现偏振测量和核线光谱学，以探测喷流、紧凑对象及核合成。
• 在与GW和中微子观测站协同下，支持时域研究和多信使研究。

提出的方法

• 四子系统仪器设计：双面硅探测器（DSSD）跟踪器、3D 位置敏感的 CZT 量能器、CsI 量能器以及塑料闪烁体 ACD。
• 基于详细探测器模拟（基于 MEGAlib）得出的性能预测。
• 设计参数保留：能量范围 200 keV 至 >10 GeV，角度/能量/偏振能力如表 1 所总结。
• 地面测试与原型开发（ComPair、CZT、基于 SiPM 的读出）以提升技术准备等级（TRLs）至飞行就绪。

实验结果

研究问题

• RQ1 在引力波和中微子时代，MeV 伽玛射线观测如何推动多信使天体物理学？
• RQ2 需要怎样的灵敏度、角分辨率和偏振能力，才能定位和表征紧凑对象合并事件及暴星/中微子源的 MeV 伽玛射线对应体？
• RQ3 MeV 光谱在动态环境中的核线研究以及 kilonova/超新星核合成中的作用？
• RQ4 全天空 MeV 探测器是否能够探测并表征大量短期 GRB 和 MeV 明亮的暴星以将伽玛射线与多信使信号联系起来？

主要发现

• AMEGO 在 MeV 波段相对于以前的任务提供>1数量级的灵敏度提升。
• 该设计在1 MeV时角分辨率约为2.5°，在5 MeV时约为1.5°，在近1 GeV时能量分辨率>10%，在2 MeV以下<1%。
• 该任务实现广域视野（约2.5 sr）以及偏振测量潜力（对强度为1% Crab通量、观测时间10^6 s 的源，MDP<20%）。
• AMEGO 能进行核线光谱，包括 1.8 MeV 26Al 线，线灵敏度在 5 年内为 1×10^-6 ph cm^-2 s^-1。
• 预计每年检测超过 500 个 long GRB，以及数百个 MeV 明亮的暴星，有助于加强 GW-GRB 与中微子联合关联研究。
• 该仪器设计为太空适配，技术成熟，各子系统的 TRL 约在 4–6。