Elektromágneses tranziensek keresése a Fermi műhold megfigyeléseiben

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elektromágneses tranziensek keresése a Fermi műhold megfigyeléseiben"

Anna Orsósné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektromágneses tranziensek keresése a Fermi műhold megfigyeléseiben Bagoly Zsolt ELTE TTK Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék november 9. EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 1 / 28

2 Automatized Detector Weight Optimization Searching for electromagnetic counterpart of LIGO gravitational waves in the Fermi GBM data with ADWO, A&A 593, L10 (2016) BZs, Csabai István, Dobos László ELTE KRFT Szécsi Dorottya (Ondřejov Obs.) Horváth István, NKE HHK Balázs G. Lajos, Tóth L. Viktor ELTE CsTsz./CSFKI KTM Lichtenberger János, ELTE Geofizikai Tsz. OTKA NN111016, NN114560, World Wide Lightning Location Network, Wigner GPU Laboratórium. Connaughton+16: GW EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 2 / 28

3 (GLAST)-Fermi (2008-) kb. 250 GRB/év 10keV - GeV tartomány! GBM: NaI, BGO detektorok LAT: 10 MeV felett automatikus forgás: ráfordul a forrásra + teljes égletapogatás 3 óránként EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 3 / 28

4 Fermi detektorok EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 4 / 28

5 Fermi GeV-es égbolt EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 5 / 28

6 Fermi GBM detektorok 12 NaI(Tl) detektor: 8 kev - 1 MeV, 2 BGO detektor: 200 kev - 40 MeV, 128 energiacsatorna, 2µs időfelbontással minden detektorra CTIME adatok november 26 óta folyamatosan. Effektív felület irány- és energiafüggő (detector response matrix, DRM) - csak GRB idején adják meg! ) 2 Photopeak Effective Area (cm kev simulated measured 279 kev simulated measured 662 kev simulated measured ) 2 Photopeak Effective Area (cm kev simulated measured 898 kev simulated measured 1836 kev simulated measured Source Position (degrees) Figure 12. Angular dependence of the NaI detector effective area. (A color version of this f gure is available in the online journal.) Source Position (degrees) Figure 13. Angular dependence of the BGO detector effective area. (A color version of this f gure is available in the online journal.) Trigger: több detektor, küszöb ( σ) és energiasáv ( ,> 300 kev) feltétel (kb. 75 a 120 lehetségesből). EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 6 / 28

7 Automatized Detector Weight Optimization (ADWO) Multi-detektor multi-csatorna jel, tudjuk a közelítő időt. Szokásos eljárás: háttér+spektrális modell illesztve a DRM-el a binnelt beütésszámokra. De: nem ismerjük a DRM-et! Legegyszerűbb megoldás: adjuk össze minden detektor és minden csatorna jelét! Ez nagyon zajos! Optimális súlyozás: csak az erős jeleket adjuk össze! De melyek ezek? e i energiacsatorna- és d j nem-negatív detektorsúlyok ( e i = 1, d j = 1). EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 7 / 28

8 Automatized Detector Weight Optimization (ADWO) Legyen C ij (t) a háttérrel korrigált intenzitás, ekkor a kompozit jel: S(t) = i,j e id j C ij (t) S(t) a jel maximum a keresési tartományban, B(t) a hattér maximuma (a keresési tartományon kívül). Kettő aránya maximalizálandó (Signal s Peak to Background s Peak Ratio,SPBPR). Matlab/Octave kód, az fminsearch-al optimalizál (GitHub EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 8 / 28

9 Fermi adatok analízise e 1...e 8 energiacsatornák (Connaughton+16-nak megfelelően): 4.4, 12, 27, 50, 100, 290, 540, 980 és 2000 kev Alacsonyenergiás részt nem vizsgáltuk: csak a kev tartomány (e 3...e 8 ) marad. Na(I) és BGO egyszerre, de: BGO e 3 e 4 nincsen: = 80 idősor. 5.8 ms átlagos foton-foton követési idő detektoronként és csatornánként. 64ms csúszó ablak, átlagosan 11.2 foton. Mi az optimális kernel inhomogén Poisson folyamatra? ( 200, 500) s ablak az események körül, kb. 1/7 keringés. Konzervatív paraméterek EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 9 / 28

10 Fermi háttér illesztése Forgás: hosszú jel+bonyolult háttér, megoldás több pálya átlagolása. Szécsi+13: égi pozíciók használata általánosított inverzzel. Pl. forgás a GRB alatt: Sun position det 0 det 1 det 2 det 3 det 4 det 5 det 6 det 7 det 8 det 9 det a det b EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 10 / 28

11 Fermi háttér illesztése II. GRB háttér irányfüggése az égi pozíciókkal 1500 chi2 = counts/sec time Most: rövid jeleket keresünk, az időskála rövid: hatodrendű polinóm közelítés. EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 11 / 28

12 GRB150522B 2015 május 22, 22:38: UTC. T 90 = 1.02± 0.58s, 2.13± erg/cm 2 fluencia (Connaughton+16-hoz hasonló) ADWO: ( 137, 476)s CTIME adat a triggerhez képest, 6s ablak a trigger körül, SPBPR=3.12 Signal Peak to Background Peak Ratio seconds since May 22, :38: UTC EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 12 / 28

13 GRB150522B: Fermi quicklook adat EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 13 / 28

14 GRB150522B: szignifikancia 10 4 Monte-Carlo (MC) szimuláció a háttér alapján, szintetikus adattal, a teljes eljárás megismételve. Nem volt nagyobb szimuláció SPBPR 3.12-nál: Hz a hibás jel gyakorisága A valószínűség Hz s (1+ln(6 s/64 ms)) = EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 14 / 28

15 GW ( 195, 495)s teljes intervallum, 6s ablak szeptember :50:45 UTC körül (391ms-al a trigger előtt). ADWO: maximális SPBPR=1.911, 474 ms-al a GW trigger után (a pozíció nincs megkötve!)! EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 15 / 28

16 GW NaI összegezés: Connaughton keV keV Counts per Second keV keV keV keV keV keV Seconds from GW T0 Fig. 5. Detectedcount ratessummedover NaI detectorsin8energy channels, asafunctionof time relative to the start of the GW event GW Shading highlights the interval containing EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 16 / 28

17 GW BGO összegezés: Connaughton MeV MeV MeV MeV Counts per Second MeV MeV 22-38MeV MeV Seconds from GW T0 Fig. 6. Detected count rates summed over BGO detectors in 8 energy channels, as a function of time relative to the start of the GW event GW Shading highlights the interval containing EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 17 / 28

18 GW150914: szignifikancia 10 4 Monte-Carlo (MC) szimuláció, az SPBPR 86 esetben nagyobb nél Hz a hibás jel gyakorisága A valószínűség Hz s (1+ln(6 s/64 ms)) = (Connaughton+16: ) EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 18 / 28

19 GW valódi háttér 61.4 ks CTTE adathalmaz, ugyanazon a napon, műholdas átállás nélkül. 30 eseménynél nagyobb az SPBPR nél, azaz Hz a hibás jel gyakorisága, Hz 0.4 s (1+ln(6 s/64 ms)) = a valószínűség. Mi a helyes eljárás - időbeli pozíció bevonása? EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 19 / 28

20 kev súlyok a 61.4 ks CTTE adathalmazban keV weigths (e 3 +e 4 +e 5 ) GRB LVT GW Signal/Background Peak Ratio EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 20 / 28

LVT151012 ( 195, 495)s teljes intervallum, 6s ablak 2015. október 2., 09:54:43 UTC körül. ADWO: maximális SPBPR=1.

21 LVT ( 195, 495)s teljes intervallum, 6s ablak október 2., 09:54:43 UTC körül. ADWO: maximális SPBPR=1.805, 09:54: UTC-kor EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 21 / 28

22 LVT151012: szignifikancia 10 4 Monte-Carlo (MC) szimuláció, az SPBPR 308 esetben nagyobb nél Monte-Carlo (MC) szimuláció, az SPBPR 308 esetben nagyobb nél Hz a hibás jel gyakorisága A valószínűség 0.01 Hz s (1 + ln(6 s/64 ms)) = Nem volt villám/tgf. EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 22 / 28

23 GW más elemzések Greiner+16: Fermi adatokban nincs jel (kevés detektort vesz!) Swift (Evans+16), Rhessi (Ripa+16,in prep.): nem látható jel Integral: Savchenko ms 250 ms background SPI-ACS count/s seconds since LVC trigger, UTC T09:50:45.39 EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 23 / 28

24 GW150914, Savchenko+16, Integral megfigyelés A webes adatok nem egyeznek a publikálttal! INTEGRAL SPI-ACS light curve arxiv , Fig.1. from savchenk/spiacs-online/spiacs.pl AND (-1.19 sec) shift! CPS time since T09:50:45.39 (according to Fig.1) EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 24 / 28

25 Összefoglalás ADWO: hatékony eszköz tranziensek kereséséhez. GW kisérők és nem-triggerelt (rövid) GRB-k keresése. Több műhold, optimális kernel, optimális csatornaválasztás (nem konzervatív megközelítés) TOVÁBBI GW MEGFIGYELÉSEK SZÜKSÉGESEK AZ EGYÉRTELMŰ AZONOSÍTÁSHOZ! EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 25 / 28

26 Csatorna súlyok transient e 3 e 4 e 5 e 6 e 7 e 8 GRB GW LVT EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 26 / 28

27 Detektor súlyok transient d 0 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 GRB GW LVT transient d 7 d 8 d 9 d 10 d 11 d 12 d 13 GRB GW LVT EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 27 / 28

28 Lehetséges GW-EM források Perna+16: alacsony fémességű kettős evolúciója (Mandel+16), SN robbanás és akkréciós korong: 5 ms körüli burst. EM tranziensek keresése a Fermi megfigyeléseiben 100 éves az általános relativitáselmélet konferencia 28 / 28

Hasonló dokumentumok

A gamma-kitörések vizsgálata. a Fermi mesterséges holddal

A gamma-kitörések vizsgálata. a Fermi mesterséges holddal A gamma-kitörések vizsgálata Szécsi Dorottya Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Fizika BSc III. Témavezető: Horváth István Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem 1 Bevezetés és áttekintés