ガンマ線バースト偏光検出器ＧＡＰの

詳細設計と性能評価

金沢大学　江村尚美　村上敏夫　米徳大輔　藤本龍一　　　　　　　青山有加　児玉芳樹　藤本大史理研　　　　三原建弘山形大学　郡司修一　門叶冬樹

ガンマ線バースト (GRB) 偏光検出機 GAP のデザインの最適化　性能を左右するパラメータ　→　検出効率　モジュレーションファクタ　 LD

宇宙空間での GAP が受けるバックグラウンド光子バックグラウンド (CXB) 　粒子バックグラウンド (CR)

衛星本体からの散乱による影響

GAP による GRB の偏光観測期待数BATSE のカタログから 1972 イベントについて Flux と観測時間から計算する

目次

EGS シミュレーション ① 検出効率

検出器に入射した光子のうち偏光観測に使える光子の割合

② モジュレーションファクタ M

　強度分布の平均

の振幅sinNNNN

M2

minmax

minmax

と M の関係

を良くするためには、散乱体から吸収体を見こむ立体角を大きくする

M を良くするためには、散乱体から吸収体を見こむ立体角を小さくする

相反する！

)cossin(1rdd 222

0

model1 model2 model3

70mm

35mm

50mm 50mm140mm

モデル 3,4,5 について　テーパーが付くと…•反応する体積が減るのでは減少する。•M の高い中心付近での散乱光が CsI まで届きやすくなり M は増加する。•M の低い外側付近の体積が減るので、 M は増加する。

検出効率 モジュレーションファクタ M

EGS シミュレーションの結果

プラスチックシンチレータのThreshold は 7 keV プラスチックシンチレータと CsIシンチレータの同期イベントを読み出す

FST

TBFS

M

23MDP

%100

検出可能最小偏光度（ MinimumDetectablePolarization ）

FT

1

SM

23MDP

%100

F:GRB のフラックス　 S: 有効面積B: バックグラウンド(CXB+CR) 　T: 観測時間

検出できる低い偏光度の光源でも

が大きいほどηM

テーパーを付けるほど性能は良くなるが、衛星に載せる検出器として、安全な形

LD レベル

テーパー加工で LD が改善された

Energy [keV]

Energy [keV]

テーパーなし

テーパーあり

LD=10.5keV

LD=8.5keV

7.877 E–1.29 exp(-E/41.13) … (3 – 60 keV)

[photon/keV/cm2/sec/str]

… (> 60 keV)A (E/60)–6.5 + B (E/60)–2.58 + C (E/60)–2.05

(A = 0.0259/60, B = 0.504/60, C = 0.0288/60)N(E) =

バックグラウンドのレートの見積もり光子バックグラウンド（ CXB ）

粒子バックグラウンド

CsI : 32.5 [Hz/CsI] 　 × 　 12 枚　＝　 390 [Hz]

プラシンチ　 : 193 [Hz]

CsI : 67.9 [Hz/CsI] 　 × 12 枚　＝　 815 [Hz]プラシンチ　 : 　 570 [Hz/Plastic]

N(E) = 2 x 10–4 [cts ・ n/cm2/s/str/MeV]

…30 ～ 300keV

Gruber et al. (1999)ApJ, 520, 124

CsI プラシンチ

合計

光子 BGD 815Hz(LD=30keV) 570Hz 1385Hz

粒子 BGD 390Hz 193Hz 583Hz

GRB(10photon/cm2/s)

1585Hz 1585Hz

…7 ～ 300keV

衛星本体からの散乱光子の影響

スラスタ用燃料タンク

GRB

散乱光子

タンクからの散乱光子の影響は、GRB のカウントの 2 ％

GAP のみに入射 GAP + 燃料タンク (Al) に入射

燃料タンク (Al) のみに入射

GRB の偏光検出期待数前方の立体角 60 度度度の GRB前方の立体角 30 度以内の GRB

FST

TBFS

M

23MDP

%100

BATSE のカタログに掲載されている 1972 イベントのＧＲＢについて Flux と T90 を代入する。

金星まで約 200 日かけて接近する。

検出器の前方の立体角 30 度以内GRB が 40% の偏光度　運用 1 年で1.5event　 60% の偏光度 　 3event

その後、通信が途絶えるまで運用 強度分布が検出器の形状の影響を受ける

補正を行い偏光度を求める

斜めから入射する場合

まとめ•テーパー加工を施すことでモジュレーションファクタ Mが良くなる　→ MDP が良くなる•テーパー加工を施すことで LD が改善される　→実験から明らかになった•衛星本体からの散乱は見込む立体角が小さいため効かない•1 年間の運用で GRB の偏光観測が可能

2010 年 5 月　　打ち上げ予定