[论文解读] The Extreme Universe Space Observatory on a Super-Pressure Balloon II Mission.

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

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 9被引用 5

一句话总结

EUSO-SPB2 是一项高空超压气球任务，旨在使用两台光学望远镜探测 PeV 和 EeV 能量区间的超高能宇宙射线：一台荧光望远镜用于探测紫外线敏感的空气簇射，另一台切伦科夫望远镜用于探测紫外线/可见光波段的切伦科夫辐射。该任务旨在验证 ANITA 实验报告的向上运动事件的光学特征，并测量宇宙射线背景，作为未来多信使天体物理学空间观测站的前导任务。

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.

研究动机与目标

• 使用高空气球上搭载的光学望远镜测量 PeV 和 EeV 能量区间的宇宙射线。
• 表征可能在地球边缘被误认为tau中微子相互作用的光学背景。
• 搜索与 ANITA 实验报告的向上运动事件一致的光学特征。
• 验证未来多信使天体物理学空间观测站所采用的探测技术。
• 展示大口径光学望远镜在平流层条件下用于宇宙射线科学的可行性。

提出的方法

• 有效载荷使用两台直径为1米的光学望远镜：一台用于紫外波段的荧光探测，另一台用于紫外/可见光波段的切伦科夫辐射探测。
• 荧光望远镜探测由 EeV 能量宇宙射线引发的广延空气簇射所产生的紫外光。
• 切伦科夫望远镜探测来自 PeV 能量空气簇射的切伦科夫辐射。
• 仪器搭载于超压气球上，以实现在高空的长时间、稳定飞行。
• 任务设计使仪器能够持续观测大气层和地球边缘，以捕捉瞬态光学信号。
• 系统经过校准，可区分真实的宇宙射线事件与背景光学噪声。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过搭载在气球上的望远镜确认 ANITA 报告的向上运动宇宙射线事件的光学特征？
• RQ2 在地球边缘存在的光学背景水平及其性质如何，可能被误认为是 tau 中微子的相互作用？
• RQ3 紫外敏感望远镜在探测 EeV 能量宇宙射线引发的广延空气簇射方面效率如何？
• RQ4 切伦科夫望远镜对来自大气层的 PeV 能量空气簇射的探测灵敏度如何？
• RQ5 气球平台在多大程度上可作为未来超高能宇宙射线空间观测站的前导平台？

主要发现

• EUSO-SPB2 仪器设计包含两台直径为1米的望远镜，分别针对紫外和紫外/可见光波段的灵敏度进行优化，用于探测空气簇射的辐射。
• 荧光望远镜预计具备足够灵敏度，可探测到 EeV 能量区间的广延空气簇射。
• 切伦科夫望远镜将能够探测到 PeV 能量宇宙射线簇射产生的切伦科夫光。
• 该任务旨在通过直接观测验证 ANITA 报告的向上运动事件候选者的光学起源。
• 超压气球平台可实现长时间、稳定的飞行，从而在高空持续收集数据。
• 该任务目前处于设计与制造阶段，计划于 2022 年发射。