天宫2号POLAR探测器的低能X射线在轨定标
发布时间：2021-06-20 12:56
伽马暴偏振探测仪（POLAR）是天宫2号实验室上搭载的一个γ射线偏振仪,于2016年9月15日搭载在天宫2号进入低轨运行,主要用于探测在50-500 keV能区的硬X射线辐射的线偏振.POLAR由25个模块组成,每个模块有64个塑料闪烁体棒,总计有1600个塑料闪烁体棒,具有较大的有效探测面积和视场.在轨运行期间探测到多个小耀斑,它们的硬X射线光子能量通常小于50 keV,无法直接使用在轨和地面的高能定标结果来进行能谱分析.结合拉马第太阳高能光谱成像探测器（RHESSI）对耀斑SOL2016112907能谱的观测和蒙特卡洛模拟,对耀斑期间被激活的闪烁体棒进行能量低于50 keV的低能相对定标.虽然定标得到的能量阈值（～10 keV）和转换因子相对稳定,但是和高能定标给出的结果相比有显著差异,并且不同闪烁体棒显示出的差异没有明显的规律性.
【文章来源】：天文学报. 2020,61(01)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
POLAR原理示意图.星号代表在轨定标源22Na,浅蓝色棒代表塑料闪烁体棒,红线代表光子在探测器中的径迹.
为了得到较好的低能相对定标示例,我们需要选择合适的耀斑事件,POLAR观测到的耀斑列表如附录表4所示.考虑到高能定标的数据时间段为2016年11月19日,我们主要考虑采用比较接近这个时间段,并且探测器硬件基本参数设置一致的事件作为相对定标源.综合表4以及参考POLAR高能定标的时间段[16],我们选择在轨时间比较接近,仪器的高压设定和温度等参数一致并且同时有POLAR和RHESSI观测的耀斑作为太阳耀斑的低能定标源.空间本底的蒙特卡洛模拟[16]显示弥漫X射线背景、正电子、中子、电子以及蟹状星云的背景会产生～10%的背景信号,那么我们选择轨道远离大西洋异常区的事件,有相对较低的轨道背景,可以得到较高信噪比的耀斑数据.综合以上考虑,我们选择C7.5耀斑SOL2016112907作为低能相对标定源.通过对比在轨高压设置(如图2),可以看到POLAR耀斑期间和高能在轨定标时间段内的高压设置一致.我们认为这个耀斑期间仪器的工作状态和高能在轨定标的时间段的状态是一致的,并且可以利用RHESSI的观测作为合理的相对定标数据.图3给出了SOL2016112907的扣除背景后的POLAR触发光变和RHESSI光变,这些观测有非常好的对应关系.为了更好地显示高能光变,RHESSI 12–25 keV和25–50 keV的光变分别增大3倍和30倍.从光变上可以看出这个耀斑在25 keV以上的高能光子流量较小,POLAR观测的峰值部分和RHESSI 12–25 ke V的观测对应得较好.我们同时也给出在POLAR坐标系中X射线辐射源的角度坐标θ～52?,?～262?(图3下图).
为了得到可靠的定标结果,在25–50 ke V峰值附近我们得到3个20 s的积分时间段07:09:00—07:09:20(T1),07:09:20—07:09:40(T2),07:09:40—07:10:00(T3)的RHESSI能谱.我们使用热分量(vth)加截断幂律谱(bpow)模型拟合峰值处硬X射线能谱,图5为T2时刻的能谱拟合,表1给出了3个时间段的拟合参数演化,可以看到能谱拟合中热分量的等离子体温度(T)可达22 MK,非热分量主导了20 keV以上的流量,其截断能量(Ebreak)在15 keV左右.非热幂律能谱非常软,谱指数α2～4.0.图4 左图为耀斑期间(07:02—07:16 UT)扣除背景后的POLAR 25个模块的计数分布;右图为整个探测器2维计数投影图,颜色对应于模块计数.
本文编号：3239235
【文章来源】：天文学报. 2020,61(01)北大核心CSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
POLAR原理示意图.星号代表在轨定标源22Na,浅蓝色棒代表塑料闪烁体棒,红线代表光子在探测器中的径迹.
为了得到较好的低能相对定标示例,我们需要选择合适的耀斑事件,POLAR观测到的耀斑列表如附录表4所示.考虑到高能定标的数据时间段为2016年11月19日,我们主要考虑采用比较接近这个时间段,并且探测器硬件基本参数设置一致的事件作为相对定标源.综合表4以及参考POLAR高能定标的时间段[16],我们选择在轨时间比较接近,仪器的高压设定和温度等参数一致并且同时有POLAR和RHESSI观测的耀斑作为太阳耀斑的低能定标源.空间本底的蒙特卡洛模拟[16]显示弥漫X射线背景、正电子、中子、电子以及蟹状星云的背景会产生～10%的背景信号,那么我们选择轨道远离大西洋异常区的事件,有相对较低的轨道背景,可以得到较高信噪比的耀斑数据.综合以上考虑,我们选择C7.5耀斑SOL2016112907作为低能相对标定源.通过对比在轨高压设置(如图2),可以看到POLAR耀斑期间和高能在轨定标时间段内的高压设置一致.我们认为这个耀斑期间仪器的工作状态和高能在轨定标的时间段的状态是一致的,并且可以利用RHESSI的观测作为合理的相对定标数据.图3给出了SOL2016112907的扣除背景后的POLAR触发光变和RHESSI光变,这些观测有非常好的对应关系.为了更好地显示高能光变,RHESSI 12–25 keV和25–50 keV的光变分别增大3倍和30倍.从光变上可以看出这个耀斑在25 keV以上的高能光子流量较小,POLAR观测的峰值部分和RHESSI 12–25 ke V的观测对应得较好.我们同时也给出在POLAR坐标系中X射线辐射源的角度坐标θ～52?,?～262?(图3下图).
为了得到可靠的定标结果,在25–50 ke V峰值附近我们得到3个20 s的积分时间段07:09:00—07:09:20(T1),07:09:20—07:09:40(T2),07:09:40—07:10:00(T3)的RHESSI能谱.我们使用热分量(vth)加截断幂律谱(bpow)模型拟合峰值处硬X射线能谱,图5为T2时刻的能谱拟合,表1给出了3个时间段的拟合参数演化,可以看到能谱拟合中热分量的等离子体温度(T)可达22 MK,非热分量主导了20 keV以上的流量,其截断能量(Ebreak)在15 keV左右.非热幂律能谱非常软,谱指数α2～4.0.图4 左图为耀斑期间(07:02—07:16 UT)扣除背景后的POLAR 25个模块的计数分布;右图为整个探测器2维计数投影图,颜色对应于模块计数.
本文编号：3239235
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