[论文解读] Orbit Mode observation Technique Developed for VERITAS

G. Finnegan|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文提出了一种针对VERITAS成像大气契伦科夫望远镜阵列的新型轨道模式观测技术，其中目标源在固定径向偏移和恒定角速度下，围绕相机中心持续旋转。该方法减少了观测之间的死时间，提高了背景估计的均匀性，并将每晚的有效观测时间最多提升60分钟，初步结果显示，对于蟹状星云，其伽马射线探测率与标准偏移模式相比相当或更优。

ABSTRACT

The canonical observation mode for IACT gamma-ray observations employs four discrete pointings in the cardinal directions (the "wobble" mode). For the VERITAS Observatory, the target source is offset by 0.5-0.7 degrees from the camera center, and the observation lasts 20 minutes. During January/February of 2011, the VERITAS Observatory tested a new "orbit" observation mode, where the target source is continuously rotated around the camera center at a fixed radial offset and constant angular velocity. This mode of observation may help better estimate the cosmic ray background across the field of view, and will also reduce detector dead-time between the discrete 20 minute runs. In winter 2011, orbit mode observations where taken on the Crab Nebula and Mrk 421. In this paper we present the analysis of these observations, and describe the potential applications of orbit mode observations for diffuse (extended) sources as well as GRBs.

研究动机与目标

• 通过实现连续跟踪，减少标准偏移模式下离散观测运行之间的死时间。
• 利用方位对称性，提高视场内背景估计的均匀性。
• 通过最小化望远镜移动延迟，增加每晚的有效观测时间。
• 评估轨道模式对弥散和扩展伽马射线源的灵敏度。
• 评估快速扫描天空以探测瞬变源（如伽马射暴GRBs）的可行性。

提出的方法

• 目标源以固定的径向偏移（0.5–0.7度）和恒定角速度（每20–80分钟一圈）在相机中心周围持续旋转。
• 望远镜指向实时调整，以在赤经和赤纬方向保持源在圆形路径上运动，同时在高度和方位角方向呈现平滑的正弦运动。
• 数据在长时间运行中采集（例如，Mrk 421为80分钟），事件根据高度和方位角角度记录，以重建源方向。
• 触发后应用旋转校正，将事件重新对齐至源的真实位置，恢复源定位精度。
• 背景估计采用环形背景法或反射区域法，由于方位对称性，背景估计的均匀性得到改善。
• 该技术在2011年冬季使用蟹状星云和Mrk 421进行了测试，20–30 GB的数据传输已通过验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 轨道模式是否能减少观测运行之间的死时间并增加有效观测时间？
• RQ2 与偏移模式相比，轨道模式是否产生更均匀的背景估计？
• RQ3 对于蟹状星云这类点源，轨道模式的伽马射线探测率与偏移模式相比如何？
• RQ4 轨道模式能否高效扫描较大天空区域，以探测定位误差较大的瞬变源（如GRBs）？
• RQ5 轨道模式对探测弥散或扩展伽马射线源的灵敏度如何？

主要发现

• 对蟹状星云的轨道模式观测得到每分钟10.0 ± 0.6次的伽马射线探测率，与偏移模式的9.1 ± 0.7次/分钟相当。
• 该技术成功减少了运行之间的死时间，可能每晚增加30–60分钟的观测时间。
• 由于快速旋转，视场中的恒星对背景污染的局部化影响减小，像素特定的触发噪声降低。
• 对于Fermi LAT GRB警报（2°半径），整个一倍标准差包含区域可在单次轨道中扫描完成。
• 对于Fermi GBM警报（15°半径），每轨道可覆盖约25%的一倍标准差区域。
• VERITAS望远镜在轨道模式下运行可靠，测试期间观察到一致的角速度和径向偏移。