[论文解读] INTEGRAL Spectrometer SPI's GRB detection capabilities. GRBs detected inside SPI's FoV and with the anticoincidence system ACS

A. von Kienlin, V. Beckmann+16 more|ArXiv.org|Aug 20, 2003

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 26被引用 39

一句话总结

本文评估了INTEGRAL光谱仪SPI在探测伽马射线暴（GRBs）方面的能力，表明其在35°视场内每月可探测约0.8次GRB，通过其大型抗 coincidence 屏蔽（ACS）每日可探测约0.8个候选体。主要发现包括：ACS样本中短时长GRB（<1秒）的比例显著更高（48%），相比BATSE，这可能表明探测到了一个硬谱、短时标的GRB群体，或存在仪器效应。

ABSTRACT

The spectrometer SPI, one of the two main instruments of the INTEGRAL spacecraft, offers significant gamma-ray burst detection capabilities. In its 35 deg (full width) field of view SPI is able to localise gamma-ray bursts at a mean rate of ~ 0.8/month. With its large anticoincidence shield of 512 kg of BGO crystals SPI is able to detect gamma-ray bursts quasi omni-directionally with a very high sensitivity. Burst alerts of the anticoincidence shield are distributed by the INTEGRAL Burst Alert System. In the first 8 months of the mission about 0.8/day gamma-ray burst candidates and 0.3/day gamma-ray burst positions were obtained with the anticoincidence shield by interplanetary network triangulations with other spacecrafts.

研究动机与目标

• 评估INTEGRAL光谱仪SPI及其抗 coincidence 屏蔽（ACS）在任务前8个月的伽马射线暴（GRB）探测性能。
• 将SPI-ACS探测到的GRB时长分布与BATSE任务探测结果进行比较，以识别可能存在的群体差异。
• 调查ACS样本中高比例短时长GRB是否代表真实的天体物理群体，还是仪器响应或背景效应所致。
• 评估ACS在高能段对准全向GRB探测的灵敏度与探测效率。
• 确定ACS生成的GRB警报的可靠性及其与独立的行星际网络（IPN）观测结果的一致性。

提出的方法

• 利用INTEGRAL光谱仪SPI的数据，该仪器采用19个高纯度锗探测器，置于一个液氮冷却的杜瓦瓶中，并由512公斤的BGO抗 coincidence 屏蔽（ACS）包围。
• 通过离线处理分析SPI 35°全宽视场（FoV）内的GRB探测事件，并计划将结果整合进INTEGRAL爆发警报系统（IBAS）。
• 利用其他航天器的行星际网络（IPN）三角测量法，确定ACS探测到的GRB候选体的位置。
• 采用T90（累积总通量90%所需时间）进行时长分析，将SPI-ACS样本中GRB时长分布与第四版BATSE GRB目录进行比较。
• 对比确认的GRB（来自IBIS和SPI）与未确认的ACS事件，以评估探测可靠性及潜在的仪器效应。
• 利用ISGRI和SPI仪器的数据，评估光谱特性与时间行为，包括GRB030227中硬谱到软谱演化现象的证据。

实验结果

研究问题

• RQ1 在INTEGRAL任务前8个月，SPI视场内及通过其抗 coincidence 屏蔽（ACS）的GRB探测率是多少？
• RQ2 SPI-ACS探测到的GRB时长分布与BATSE任务相比如何，特别是短时长脉冲的比例？
• RQ3 SPI-ACS样本中观察到的极短时长GRB（<1秒）比例过高，是否表明存在真实的天体物理群体，还是仪器效应？
• RQ4 为何ACS对正常短时长GRB（1–2秒）的探测率低于BATSE？
• RQ5 ACS在多大程度上可独立于主相机探测GRB，其生成的警报可靠性如何？

主要发现

• SPI在其35°视场内每月探测到约0.8次伽马射线暴，表明其具备有效的星上成像与定位能力。
• 抗 coincidence 屏蔽（ACS）在前8个月内探测到145个GRB候选体，探测率约为每日0.8次，其中0.3次/日可通过行星际网络（IPN）实现三角定位。
• SPI-ACS样本中短时长GRB的比例显著更高（48% <1秒），相比BATSE的20%，表明可能存在探测偏差或存在一个独特的硬谱、短时标GRB群体。
• SPI-ACS样本中短时长GRB分布的峰值向更短时标偏移（约0.1秒），可能由于50毫秒的时间分辨率限制了精细时间结构的分辨能力。
• ACS样本中短时标GRB候选体中仅有6%（70个中的4个）被其他任务确认，表明可能存在仪器来源或高能偏置，可能因能量阈值高于BATSE所致。
• 大多数短时标事件未被确认，提示其可能源于仪器效应、宇宙射线相互作用，或来自软伽马射线重复暴（SGRs）的贡献，但不能完全排除存在真实高能GRB群体的可能性。