GECAM定位方法及模擬分析
發(fā)布時間：2022-02-12 12:00
引力波暴高能電磁對應體全天監(jiān)測器（Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor, GECAM）衛(wèi)星計劃于2020年底發(fā)射,將實現(xiàn)對引力波高能電磁對應體等高能暴發(fā)現(xiàn)象的全天監(jiān)測. GECAM對伽馬射線暴的定位是其最重要的科學需求之一.我們建立了同時擬合伽馬射線暴的能譜和定位的GECAM地面定位方法,并結合GECAM當前質量模型的儀器響應和本底模擬,對此定位方法的GECAM定位能力進行了考察,得到了不同亮度、不同能譜硬度、不同暴發(fā)持續(xù)時間等參數的伽馬射線暴的定位精度.對于典型亮度（10–1000 keV能段下,通量為10-6 erg s-1 cm-2,持續(xù)10 s）的中等硬度譜的定位精度在0.6°（1-σ統(tǒng)計誤差）左右.我們還考察了兩個特殊暴發(fā)事件:（1）對于快速射電暴FRB 131104的疑似高能輻射對應體, GECAM定位誤差為5°左右;（2）對于引力波事件GW170817的電磁對應體（GRB 170817A）,GECAM定位誤差為10°左右.
【文章來源】：中國科學:物理學 力學 天文學. 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章頁數】：10 頁
【部分圖文】：
GECAM對三種硬度譜、不同方向暴的定位精度.(a)–(c)分別是軟譜、中等譜、硬譜暴在不同方向時的定位精度.每個子圖中,左半部分和右半部分展示了兩個半天區(qū)的定位精度基本一致.顏色柱的數值代表的是對于暴的定位統(tǒng)計誤差(單位:deg)
文獻[17]報道在Swift衛(wèi)星數據中發(fā)現(xiàn)了與快速射電暴FRB 131104關聯(lián)的高能輻射候選體(置信度3.2σ),并利用BAT數據分析了此疑似的快速射電暴對應體.文獻[17]得到了此候選體累積通量為4.0×10-6erg cm-2,持續(xù)時間300 s,采用了冪律譜式(5)進行擬合,得到最佳擬合參數為A=5.8×10-4ph s-1cm-2keV-1,α=-1.16.為了考察GECAM對于此等強度暴的能譜探測能力,累積通量、持續(xù)時間保持不變,假設一個典型中等硬度Band譜(如表1中所定義)進行分析.針對如前所述的冪律譜和中等硬度Band譜,將Swift/BAT對伽馬暴的探測結果、伽馬暴的性質(能譜形狀、暴的亮度、持續(xù)時間)作為設定值模擬了GECAM定位分析,與BAT的對比如表2所示.對于GRB 170817A,我們使用文獻[3,18]以及GCN 21528[19]中所提供的能譜參數擬合最佳值進行了定位能力模擬.如表3所示,對于GRB170817A而言,GECAM進行的能譜擬合結果表明,GECAM對于此暴的能譜參數統(tǒng)計誤差普遍好于Fermi/GBM所給出的結果.圖3(a)和(b)分別是表3中第3時間段(-0.320 s–+0.256 s)和第4時間段(+0.832 s–+1.984 s)的GECAM模擬能譜擬合.30?入射和90?入射的情形下,GECAM對于此暴的全能段信噪比分別是10.5和12.7.表4和圖4是模擬的定位結果.GECAM對于引力波電磁對應體GRB170817A的定位誤差比Fermi/GBM所得到的定位誤差要小,圖4中GECAM的定位置信區(qū)間上方有著“截斷”,這是因為地球掩食提高了定位能力.
當前的定位模擬采用的是Geant4模擬的本底和儀器響應,模擬定位的準確性會在一定程度上受到本底、儀器響應的影響.我們對GECAM本底進行了大量仿真研究,根據此前國內外天文衛(wèi)星本底模擬的經驗,衛(wèi)星入軌后的實際本底與地面仿真結果差異不大(例如,Insight-HXMT仿真本底與在軌實際本底差異在15%以內[20,21]).我們在地面對探測器響應進行全面、準確的標定測量,且衛(wèi)星入軌后將對儀器響應進行在軌標定檢驗,但儀器響應與真實響應間仍有可能存在差異.因此,GECAM在軌時的定位結果可能與當前模擬略有差異.GECAM兩顆衛(wèi)星位于同一軌道面、軌道高度,且軌道相位相差180?,這樣的方案使得GECAM能夠真正全天監(jiān)測伽馬射線暴,并且雙星的設計可以使得地球掩食提升定位精度(圖4).
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Insight-HXMT observations of the first binary neutron star merger GW170817[J]. TiPei Li,ShaoLin Xiong,ShuangNan Zhang,FangJun Lu,LiMing Song,XueLei Cao,Zhi Chang,Gang Chen,Li Chen,TianXiang Chen,Yong Chen,YiBao Chen,YuPeng Chen,Wei Cui,WeiWei Cui,JingKang Deng,YongWei Dong,YuanYuan Du,MinXue Fu,GuanHua Gao,He Gao,Min Gao,MingYu Ge,YuDong Gu,Ju Guan,ChengCheng Guo,DaWei Han,Wei Hu,Yue Huang,Jia Huo,ShuMei Jia,LuHua Jiang,WeiChun Jiang,Jing Jin,YongJie Jin,Bing Li,ChengKui Li,Gang Li,MaoShun Li,Wei Li,Xian Li,XiaoBo Li,XuFang Li,YanGuo Li,ZiJian Li,ZhengWei Li,XiaoHua Liang,JinYuan Liao,CongZhan Liu,GuoQing Liu,HongWei Liu,ShaoZhen Liu,XiaoJing Liu,Yuan Liu,YiNong Liu,Bo Lu,XueFeng Lu,Tao Luo,Xiang Ma,Bin Meng,Yi Nang,JianYin Nie,Ge Ou,JinLu Qu,Na Sai,Liang Sun,Yin Tan,Lian Tao,WenHui Tao,YouLi Tuo,GuoFeng Wang,HuanYu Wang,Juan Wang,WenShuai Wang,YuSa Wang,XiangYang Wen,BoBing Wu,Mei Wu,GuangCheng Xiao,He Xu,YuPeng Xu,LinLi Yan,JiaWei Yang,Sheng Yang,YanJi Yang,AiMei Zhang,ChunLei Zhang,ChengMo Zhang,Fan Zhang,HongMei Zhang,Juan Zhang,Qiang Zhang,Shu Zhang,Tong Zhang,Wei Zhang,WanChang Zhang,WenZhao Zhang,Yi Zhang,Yue Zhang,YiFei Zhang,YongJie Zhang,Zhao Zhang,ZiLiang Zhang,HaiSheng Zhao,JianLing Zhao,XiaoFan Zhao,ShiJie Zheng,Yue Zhu,YuXuan Zhu,ChangLin Zou. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(03)
本文編號：3621678
【文章來源】：中國科學:物理學 力學 天文學. 2020,50(12)北大核心CSCD
【文章頁數】：10 頁
【部分圖文】：
GECAM對三種硬度譜、不同方向暴的定位精度.(a)–(c)分別是軟譜、中等譜、硬譜暴在不同方向時的定位精度.每個子圖中,左半部分和右半部分展示了兩個半天區(qū)的定位精度基本一致.顏色柱的數值代表的是對于暴的定位統(tǒng)計誤差(單位:deg)
文獻[17]報道在Swift衛(wèi)星數據中發(fā)現(xiàn)了與快速射電暴FRB 131104關聯(lián)的高能輻射候選體(置信度3.2σ),并利用BAT數據分析了此疑似的快速射電暴對應體.文獻[17]得到了此候選體累積通量為4.0×10-6erg cm-2,持續(xù)時間300 s,采用了冪律譜式(5)進行擬合,得到最佳擬合參數為A=5.8×10-4ph s-1cm-2keV-1,α=-1.16.為了考察GECAM對于此等強度暴的能譜探測能力,累積通量、持續(xù)時間保持不變,假設一個典型中等硬度Band譜(如表1中所定義)進行分析.針對如前所述的冪律譜和中等硬度Band譜,將Swift/BAT對伽馬暴的探測結果、伽馬暴的性質(能譜形狀、暴的亮度、持續(xù)時間)作為設定值模擬了GECAM定位分析,與BAT的對比如表2所示.對于GRB 170817A,我們使用文獻[3,18]以及GCN 21528[19]中所提供的能譜參數擬合最佳值進行了定位能力模擬.如表3所示,對于GRB170817A而言,GECAM進行的能譜擬合結果表明,GECAM對于此暴的能譜參數統(tǒng)計誤差普遍好于Fermi/GBM所給出的結果.圖3(a)和(b)分別是表3中第3時間段(-0.320 s–+0.256 s)和第4時間段(+0.832 s–+1.984 s)的GECAM模擬能譜擬合.30?入射和90?入射的情形下,GECAM對于此暴的全能段信噪比分別是10.5和12.7.表4和圖4是模擬的定位結果.GECAM對于引力波電磁對應體GRB170817A的定位誤差比Fermi/GBM所得到的定位誤差要小,圖4中GECAM的定位置信區(qū)間上方有著“截斷”,這是因為地球掩食提高了定位能力.
當前的定位模擬采用的是Geant4模擬的本底和儀器響應,模擬定位的準確性會在一定程度上受到本底、儀器響應的影響.我們對GECAM本底進行了大量仿真研究,根據此前國內外天文衛(wèi)星本底模擬的經驗,衛(wèi)星入軌后的實際本底與地面仿真結果差異不大(例如,Insight-HXMT仿真本底與在軌實際本底差異在15%以內[20,21]).我們在地面對探測器響應進行全面、準確的標定測量,且衛(wèi)星入軌后將對儀器響應進行在軌標定檢驗,但儀器響應與真實響應間仍有可能存在差異.因此,GECAM在軌時的定位結果可能與當前模擬略有差異.GECAM兩顆衛(wèi)星位于同一軌道面、軌道高度,且軌道相位相差180?,這樣的方案使得GECAM能夠真正全天監(jiān)測伽馬射線暴,并且雙星的設計可以使得地球掩食提升定位精度(圖4).
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Insight-HXMT observations of the first binary neutron star merger GW170817[J]. TiPei Li,ShaoLin Xiong,ShuangNan Zhang,FangJun Lu,LiMing Song,XueLei Cao,Zhi Chang,Gang Chen,Li Chen,TianXiang Chen,Yong Chen,YiBao Chen,YuPeng Chen,Wei Cui,WeiWei Cui,JingKang Deng,YongWei Dong,YuanYuan Du,MinXue Fu,GuanHua Gao,He Gao,Min Gao,MingYu Ge,YuDong Gu,Ju Guan,ChengCheng Guo,DaWei Han,Wei Hu,Yue Huang,Jia Huo,ShuMei Jia,LuHua Jiang,WeiChun Jiang,Jing Jin,YongJie Jin,Bing Li,ChengKui Li,Gang Li,MaoShun Li,Wei Li,Xian Li,XiaoBo Li,XuFang Li,YanGuo Li,ZiJian Li,ZhengWei Li,XiaoHua Liang,JinYuan Liao,CongZhan Liu,GuoQing Liu,HongWei Liu,ShaoZhen Liu,XiaoJing Liu,Yuan Liu,YiNong Liu,Bo Lu,XueFeng Lu,Tao Luo,Xiang Ma,Bin Meng,Yi Nang,JianYin Nie,Ge Ou,JinLu Qu,Na Sai,Liang Sun,Yin Tan,Lian Tao,WenHui Tao,YouLi Tuo,GuoFeng Wang,HuanYu Wang,Juan Wang,WenShuai Wang,YuSa Wang,XiangYang Wen,BoBing Wu,Mei Wu,GuangCheng Xiao,He Xu,YuPeng Xu,LinLi Yan,JiaWei Yang,Sheng Yang,YanJi Yang,AiMei Zhang,ChunLei Zhang,ChengMo Zhang,Fan Zhang,HongMei Zhang,Juan Zhang,Qiang Zhang,Shu Zhang,Tong Zhang,Wei Zhang,WanChang Zhang,WenZhao Zhang,Yi Zhang,Yue Zhang,YiFei Zhang,YongJie Zhang,Zhao Zhang,ZiLiang Zhang,HaiSheng Zhao,JianLing Zhao,XiaoFan Zhao,ShiJie Zheng,Yue Zhu,YuXuan Zhu,ChangLin Zou. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2018(03)
本文編號：3621678
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