Projekt INTEGRAL. Petr Kubánek. Astronomický ústav Akademie věd České republiky

Projekt INTEGRAL

Petr Kubánek Astronomický ústav Akademie věd České republiky

Gamma astronomie ●

gamma záření neproniká pozemskou atmosférou

●

první detekce na družicích

●

VELA

●

CGRO – Compton Gamma Ray Observatory

●

INTEGRAL – International Gamma Ray Observatory

Gamma astronomie ●

IPN – InterPlanetary Network

●

HETE – High Energy Transient Explorer

●

SWIFT – multispektrální družice zaměřená na gamma záblesky

VELA ● ●

dvojice družic (A,B, VELA 1-5) vypuštěny USA pro detekci gamma záření z atmosférických, případně vesmírných zkoušek atomových zbraní Sovětským svazem

●

1967 - VELA 4, VELA 5 – detekce GRB

●

1971 – zpřístupnění dat vědcům

●

ručním porovnáním dat zaručen mimozemský původ GRB

CGRO ●

●

● ●

vypuštěna raketoplánem Atlantis (4.dubna 1991) čtyři experimenty – BATSE, COMTEL, EGRET, OSSE pozorování a „přesná“ lokace GRB mapování gamma oblohy s rozlišením několika stupňů

CGRO ●

řízený zánik v zemské atmosféře 2001

●

pozorováno 2800 gamma záblesků

●

●

mapa celé gamma oblohy – rozlišitelné významné zdroje (Galaktické jádro, Cygnus X-1, ..) předávání souřadnic gamma záblesků GCN – GRB Coordinate Network

CGRO

INTEGRAL ●

●

●

●

vypuštěna 17.10.2002 z Bajkonoru ruským Protonem Družice kompletována v ESTECu, Holandsko přístrojové vybavení Holandsko, Francie, Německo, Itálie, Španělsko, Švýcarsko, ČR, Polsko, Rusko, USA řízení družice z Darmstadtu, Německo – MOC

INTEGRAL a ČR ●

česká účast hrazena z grantu ESA – PRODEX

●

středisko ISDC 2 v Ondřejově

●

český zástupce v ISDC

●

spolupráce na OMC

●

vedení skupiny pro kataklyzmické proměnné

●

účast ve skupinách pro AGN, GRB

HETE - 2 ●

start říjen 2001, Peagasus

●

pouze gamma a rentgenovské detektory

●

●

relativně malé pokrytí – několik desítek stupňů několik desítek přesných lokalizací GRB

SWIFT ●

start listopad 2004, Delta

●

tři přístroje –

BAT - gamma detektor, prakticky celooblohový (180 stupňů)

–

XRT – rentgenový dalekohled (záloha pomocného dalekohledu XMM – Newton), Anglie

–

UVOT – optický dalekohled, sada 11 filtrů, hlavně UV, CCD 2048x2048 pixelů

Problémy gamma pozorování ●

neproniká atmosférou -> družice

●

energetické záření, velmi nerado se odráží

●

● ●

méně fotonů než v optickém oboru – menší odstup signál/šum i u silných zdrojů šum velké množství dat – například ISGRI za 30 minut pozorování více jak milión detekcí gamma fotonů

Gamma detektory ●

● ●

●

nelze stavět něco jako dalekohled – gamma záření se moc dobře neodráží triagnulace pozorování více detektory použití kódové masky – pozorování shadowgrammů (stínových obrázků) detektory podobné těm používaným v urychlovačích (~ soustava urychlovačdetektor, kde urychlovač je ve vesmíru)

Rentgenové dalekohledy ●

●

●

rentgenové záření se odráží při dopadu pod malým úhlem na plochu možná speciální kostrukce focusujícího přístroje – XMM, Chandra, XRT nebo detekce směru přes masku, podobně jako u gamma záření – INTEGRAL

Maska (=“divná“ dírková kamera)

Přístroje na INTEGRALu ● ●

●

SPI – SPectomer on INTEGRAL IBIS – Imager on Board the INTEGRAL Spacecraft –

ISGRI – Integral Soft Gamma Ray Instrument

–

PICsIT – Pixellated CsI Telescope

JEMX – Joint European X-ray Monitor –

●

JEMX-1, JEMX-2

OMC – Optical Monitoring Camera

Co pozoruje INTEGRAL

Co pozoruje INTEGRAL ●

kompaktní zdroje –

bílé trpaslíky

–

neutronové hvězdny

–

možné černé díry

–

gamma záblesky

Co pozoruje INTEGRAL ●

mimogalaktické zdroje –

AGN – Active Galaxy Nucleus – aktivní jádra galaxií

–

Seyfertovi galaxie

–

blazary

–

kosmické pozadí

Co pozoruje INTEGRAL ●

nukleosyntéza – supernovy, novy

●

jádro Galaxie –

pravidelné pozorování při každém oběhu

SPI ● ●

rozsah 20 keV – 8 MeV detektor – 19 Ge detektorů chlazených na 85K

●

plocha 500 cm2

●

energetické rozlišení 2.3 keV na 1.3 MeV

●

FOV 16 stupňů

●

úhlové rozlišení 2.5 stupně

●

časové rozlišeni 129 mikrosekund

IBIS ●

maska 3.4 metry nad detektorem

●

dvě detekční roviny –

ISGRI – Integral Soft Gamma Ray Instrument

–

PICsIT

●

využíván hlavně ISGRI

●

vytváření mozaik z pozorování

IBIS ●

rozsah 15 keV – 10 MeV

●

ISGRI

●

–

16384 CdTe detektorů

–

8 detektorových bloků

–

2600 cm2

PICsIT –

4096 CsI detektorů

–

16 bloků

–

3100 cm2

JEMX ●

dvojice identických detektorů

●

maska = šum

●

● ●

problémy s korozí anod – používány velmi opatrně malá citlivost (3x nižší, než se očekávalo) zatím nepříliš kvalitní podpora mozaikování, generování světelných křivek – očekává se zlepšení v OSA 5

OMC ●

optická kamera

●

doplňkové pozorování

●

kvůli nedostačující telemetrii se většinou nepřenáší celý obraz, pouze výseky okolo zdrojů z palubního katalogu

Uspořádání souborů

Pozorování INTEGRALu ●

revoluce

●

dělení na SCW (SCience Windows)

●

slew a pointing SCW

●

SCW ID – formát RRRRPPPPSSSF

SCW ID ●

RRRR –

●

PPPP –

●

Pointing

SSS –

●

Revoluce, 0001-03xx

slew

F –

Flags (0 – pointing, 1 – slew, 2 - non-science)

Uložení dat ● ●

archív revision 1, revision 2 rev_2 obsahuje předzpracována data – úspora času pro zpracování

FITS ● ●

Flexible Image Transport System v jednom souboru více dat (více energetických rozsahů, více dimenzí)

FITS – uložení dat ●

hlavička – HDU (Head Definition Unit) –

●

v hlavičce je možné definovat parametry

data –

obrazová – matice X x Y

–

tabulka ● ●

ASCII binární

WCS ● ●

●

World Coordinate System argumenty hlavičky pro FITS, které definují pozici snímku v astronomii pozorujeme sféru – nestejné úhlové rozměry jedné RA minuty v závislosti na DEC & spol.

WCS - parametry ●

uloženy ve FITS hlavičce snímku

●

de-facto standart

●

CRVAL[2] – referenční hodnoty (=RA, DEC 0.0-360.0)

●

CRPIX[2] – referenční pixel (x, y)

●

CROT[2] – rotační úhel snímku (x a y os)

●

CD – korekční členy do polynomu

●

CRTYPE - RA--DEC,..

Datové toky ●

INTEGRAL -> TDRS -> Země

●

Darmstat (MOC)

●

ISDC

●

uložení na disky

●

quick-look analýza (jasné zdroje, GRB)

●

předzpracování dat

●

OSA – Offline Science Analysis

Zpracování dat - idea ●

● ●

●

●

pro každý přístroj (SPI, IBIS, JEMX, OMC) hlavní řídicí skript v rámci skriptu úrovně – levels v rámci jedné úrovně volání několika programů řízení výsledků analýzy vstupními parametry (energetické filtry na fotony) možnost opakování analýzy

Úrovně zpracování OSA - levels ●

korekční –

●

stavění snímků –

●

BIN_I, BKG, BKG_I, BKG_S, IMA

katalogy –

●

COR, POIN, GTI, DEAD

CAT, CAT_I, CAT_S

stavění mozaik –

IMA2

OSA ●

spektra –

●

BIN_S, SPE

křivky –

BIN_T, LCR

Datové produkty ●

hrubá data – event listy, kalibrační data

●

shadowgramy

●

dekonvoluvané obrázky

●

křivky

●

spektra

Příklad zpracování ●

● ●

●

vytvoření prostředí – přilinkování / stažení dat vstupní soubor se SCW ID (textový) volání og_create – vytvoření skupiny, ve které jsou obsaženy jednolivé pozorování volání og_create vytvoří obs adresář s pozorovací skupinou

Příklad zpracování ●

●

volání ibis_science_analysis, počáteční úroveň BIN_I, konečná úroveň IMA, dvě energetická pásma – 10-25 keV, 25-40 keV opakované volání ibis_science_analysis, počáteční úroveň BIN_S, konečná LCR – vytvoření spekter a křivek objetků

Příklad dat – event listy

Příklad dat - shadowgramy

Příklad dat - obrázky

Příklad dat - obrázky

Příklad dat - spektra

Příklad dat – světelné křivky

Zpracování z pohledu programátora ●

obecné knihovny –

PIL – Parameter Input Library, podobné konfigurační soubory jako používá IRAF

–

RIL – Report Interface Library – logování

–

fitsio – FITS I/O

–

DAL – Data Access Library

–

DAL3GEN – generické rozhranní

–

DAL3 – DAL pro přístroje Integralu

Zpracování z pohledu programátora ●

většina ISDC softwaru C nebo FORTRAN

●

skriptování - Perl, ROOT (http://root.cern.ch)

●

souborová databáze ve FITS

●

–

zajímavá teoretická myšlenka

–

jsou to soubory, dobře se s nimy pracuje

–

nevyrovná se moderním relačním databázím

velké množství dat –

ročně 2 TB raw + zpracovaných dat (v roce 1993 skoro neuložitelné množství, v současnosti už to není tak velký problém..)

Objevy INTEGRALu ●

● ●

●

mapa emise na 511 keV – anihilace elektron-pozitron, nejvíce v galaktické rovině/středu 23 GRB rozlišení jednotlivých zdrojů v centru Galaxii – většinou binární systémy bizardní objekty – nejrychlejší pulsar (perioda 1 ms), pseudoproměnné hvězdné objekty s periodou několika let?

Současná gamma astronomie ●

●

GRB zatím nebyly v optickém oboru tak jasné, jak se původně očekávalo – zatím nejjasnější detekovaný OT GRB 8. mag, očekávaly se výjmečně viditelný pouhým okem nicméně toto může být způsobeno nedostatkem pozorování, případně nedostatkem pozorování v době před GRB

Současná gamma astronomie ●

rychlý rozvoj přístrojové techniky, který teoretici zatím těžko dohánějí

●

hon za větším rozlišením, větší citlivostí, ..

●

statistika, programování

GRB - pozorování Date: Thu, 31 Mar 2005 17:00:21 +0000 From: Petr Kubanek <[email protected]> Subject: BOOTES 1B status WARNING - FAILED DEVICE(s): B05(-4) B04(-4) at Thu Mar 31 17:00:01 2005 To: [email protected], [email protected] Full status report follows Bootes status report generated at: Thu Mar 31 17:00:01 2005 RTS2 Connecting to iam1a:5557 ================================================================= ready ret_c : 0 base_info : -1 base_info ret_c : -1 info ret_c : 0 type : 1 (Central server) Client : 20*P:waiting Client : -1Client : -1-grbc_waiting states # : 1 status : server_st value : evening (1) Device status end. +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ ready : -1 ready ret_c : -4 base_info : -1 base_info ret_c : -1 info : -1 info ret_c : -4 device name : B05 hostname : otm1d port : 5556 type : 3 (CCD) NOT CONNECTED / STATUS UNKNOW!!! states # : 3 status : img_chip status : trc_chip status : priority Device B05 status end.

value : idle (0) value : idle (0) value : don't (0)

GRB - pozorování Date: Thu, 31 Mar 2005 12:26:32 -0500 From: Bacodine Subject: GCN/SWIFT_BAT_POSITION TITLE: GCN/SWIFT NOTICE NOTICE_DATE: Thu 31 Mar 05 17:26:11 UT NOTICE_TYPE: Swift-BAT GRB Position TRIGGER_NUM: 112977, Seg_Num: 0 GRB_RA: 140.771d {+09h 23m 05s} (J2000), 140.822d {+09h 23m 17s} (current), 140.286d {+09h 21m 09s} (1950) GRB_DEC: -41.430d {-41d 25' 48"} (J2000), -41.453d {-41d 27' 10"} (current), -41.215d {-41d 12' 54"} (1950) GRB_ERROR: 4.00 [arcmin radius, statistical only] GRB_INTEN: 78885 [cnts] Peak=1093 [cnts/sec] TRIGGER_DUR: 16.384 [sec] ..... COMMENTS: SWIFT-BAT GRB Coordinates. COMMENTS: This is a rate trigger. COMMENTS: A point_source was found. COMMENTS: This does not match any source in the on-board catalog. COMMENTS: This does not match any source in the ground catalog. COMMENTS: This is a GRB.

GRB - pozorování Date: Thu, 31 Mar 2005 13:29:04 -0500 (EST) From: GCN Circulars Subject: GRB 050331: Swift XRT Position To: [email protected] TITLE: GCN GRB OBSERVATION REPORT NUMBER: 3155 SUBJECT: GRB 050331: Swift XRT Position DATE: 05/03/31 18:23:59 GMT FROM: David Burrows at PSU/Swift L. Angelini (GSFC), J. L. Racusin, S. Hunsberger, D. N. Burrows, J. E. Hill, J. A. Kennea, D. C. Morris, D. Grupe, J. A. Nousek (PSU), J. P. Osborne, K. L. Page, M. R. Goad, A. P. Beardmore, O. Godet, A. F. Abbey, A. A. Wells (U. Leicester), S. Campana, A. Moretti, C. Pagani, P. Romano, G. Tagliaferri, G. Chincarini (INAF-OAB), G. Cusumano, V. La Parola, V. Mangano, T. Mineo (INAF-IASF/Palermo), P. Giommi, M. Capalbi, M. Perri, F. Tamburelli (ASDC), F. Marshall, N. White, N. Gehrels (GSFC), P. Roming, P. Meszaros (PSU), P. Schady (MSSL), report on behalf of the Swift XRT team: The Swift spacecraft executed a prompt slew to GRB050331 (discovered by the Swift BAT). The XRT found a bright source located at the following position: RA(J2000) = 09:22:57, Dec(J2000) = -41:26:18 We estimate an uncertainty of about 6 arcseconds. This source is located 1.5 arcminutes from the BAT position.

GRB - pozorování Date: Thu, 31 Mar 2005 13:45:07 -0500 From: Bacodine Subject: GCN/SWIFT_BAT_POSITION TITLE: GCN/SWIFT NOTICE NOTICE_DATE: Thu 31 Mar 05 18:44:46 UT NOTICE_TYPE: Swift-BAT GRB Position TRIGGER_NUM: 112981, Seg_Num: 0 GRB_RA: 143.840d {+09h 35m 22s} (J2000), 143.892d {+09h 35m 34s} (current), 143.351d {+09h 33m 24s} (1950) GRB_DEC: -42.678d {-42d 40' 40"} (J2000), -42.702d {-42d 42' 05"} (current), -42.454d {-42d 27' 13"} (1950) GRB_ERROR: 4.00 [arcmin radius, statistical only] GRB_INTEN: 11148 [cnts] Peak=363 [cnts/sec] .... COMMENTS: SWIFT-BAT GRB Coordinates. COMMENTS: This is a rate trigger. COMMENTS: A point_source was found. COMMENTS: This does not match any source in the on-board catalog. COMMENTS: This does not match any source in the ground catalog. COMMENTS: This is a GRB.

GRB – pozorování Date: Thu, 31 Mar 2005 14:08:31 -0500 (EST) From: GCN Circulars Subject: GRB 050331: Swift UVOT Source To: [email protected] TITLE: GCN GRB OBSERVATION REPORT NUMBER: 3157 SUBJECT: GRB 050331: Swift UVOT Source DATE: 05/03/31 19:03:26 GMT FROM: Pete Roming at PSU M. Still (GSFC/USRA), W. Landsman (GSFC), A. Morgan, C. James (MSSL), S. Hunsberger (PSU), A. Breeveld (MSSL), P. Roming (PSU), K. Mason, P. Schady (MSSL), M. Ivanushkina (PSU), T. Poole (MSSL), C. Gronwall (PSU), A. Blustin (MSSL), P. Brown (PSU), S. Rosen, K. McGowan, M. De Pasquale (MSSL), P. Boyd (GSFC/UMBC), S. T. Holland (GSFC/USRA), M. Carter, H. Huckle (MSSL), P. Broos (PSU), T. Kennedy, P. Smith, B. Hancock (MSSL), S. Koch (PSU), S. Zane (MSSL), D. Hinshaw (GSFC/SPSYS), J. Nousek (PSU), N. Gehrels (GSFC), on behalf of the Swift UVOT team. The Swift Ultra-Violet/Optical Telescope (UVOT) began settled observations of the field of GRB 050331 (Angelini et al; GCN 3155) at 17:14:09 UT, 135s after the BAT trigger. The first data taken after spacecraft settling was a 100s V image, sent directly to the ground through the TDRSS system, with pixel binning of 8x8 to reduce telemetry. Binned pixel sizes are 4x4 arcsec and the field of view is 5.3x5.3 arcmin. An extremely bright source, consistent with the XRT position, is found in the image. A magnitude can not be determined at this time due to saturation of the detector (13.0 mag).

Date: Thu, 31 Mar 2005 14:57:44 -0500 (EST) From: GCN Circulars Subject: Swift-BAT detection of GRB 050331b To: [email protected] TITLE: GCN GRB OBSERVATION REPORT NUMBER: 3158 SUBJECT: Swift-BAT detection of GRB 050331b DATE: 05/03/31 19:52:38 GMT FROM: Craig Markwardt at NASA/GSFC/UMD C. B. Markwardt (GSFC/UMD), L. Barbier (GSFC), S. Barthelmy (GSFC), J. Cannizzo (GSFC/UMBC), J. Cummings (GSFC/NRC), M. DePasquale (MSSL), E. Fenimore (LANL), N. Gehrels (GSFC), D. Hullinger (UMD), H. Krimm (GSFC/USRA), D. Palmer (LANL), A. Parsons (GSFC), T. Sakamoto (GSFC/NRC), G. Sato (ISAS), A. Smale (NASA HQ), M. Suzuki (Saitama), J. Tueller (GSFC) on behalf of the Swift team: At 18:44:04 UT Swift-BAT triggered on GRB 050331b, trigger 112981, a second burst within ninety minutes. The BAT-derived position is RA,Dec= 143.840,-42.678 (J2000). We note this is 81 arcsec from the XRT Position GCN Notice. The lightcurve has a series of low-significance peaks covering a total burst duration of ~30 sec. The light curve also shows a slow rise from T+60 to T+160 s in the lowest energy bands. We believe that this slow variation is due to Vela X-1, which is within 10 degrees of the GRB position. While similar in duration to GRB 050331a, the light curve of GRB 050331b is significantly different in appearance. The peak count rate is ~1000 cnts/sec. NOTE: This is the second verified burst of the day. The earlier burst, now called GRB 050331a, trigger 112977, was located 2.6 degrees away from this burst (trigger 112981). The wide angular separation, and dissimilar light curves make it highly unlikely that these two bursts are a gravitationally lensed pair. The two bursts GRB 050331a and GRB 050331b are two distinct bursts.

Date: Thu, 31 Mar 2005 15:22:04 -0500 From: Bacodine Subject: GCN/SWIFT_BAT_POSITION TITLE: GCN/SWIFT NOTICE NOTICE_DATE: Thu 31 Mar 05 20:21:43 UT NOTICE_TYPE: Swift-BAT GRB Position TRIGGER_NUM: 112982, Seg_Num: 0 GRB_RA: 146.946d {+09h 47m 47s} (J2000), 146.998d {+09h 47m 60s} (current), 146.452d {+09h 45m 49s} (1950) GRB_DEC: -43.892d {-43d 53' 29"} (J2000), -43.916d {-43d 54' 58"} (current), -43.659d {-43d 39' 32"} (1950) GRB_ERROR: 4.00 [arcmin radius, statistical only] GRB_INTEN: 40829 [cnts] Peak=769 [cnts/sec] TRIGGER_DUR: 8.192 [sec] TRIGGER_INDEX: 327 E_range: 15-50 keV ..... COMMENTS: SWIFT-BAT GRB Coordinates. COMMENTS: This is a rate trigger. COMMENTS: A point_source was found. COMMENTS: This does not match any source in the on-board catalog. COMMENTS: This does not match any source in the ground catalog. COMMENTS: This is a GRB.

Date: Thu, 31 Mar 2005 15:36:34 -0500 From: Bacodine Subject: GCN/SWIFT_BAT_POSITION TITLE: GCN/SWIFT NOTICE NOTICE_DATE: Thu 31 Mar 05 20:36:16 UT NOTICE_TYPE: Swift-BAT GRB Position RETRACTION TRIGGER_NUM: 112982, Seg_Num: 0 GRB_RA: 146.946d {+09h 47m 47s} (J2000), 146.998d {+09h 47m 59s} (current), 146.452d {+09h 45m 48s} (1950) GRB_DEC: -43.892d {-43d 53' 30"} (J2000), -43.916d {-43d 54' 58"} (current), -43.659d {-43d 39' 33"} (1950) GRB_ERROR: 4.00 [arcmin radius, statistical only] GRB_INTEN: 40829 [cnts] Peak=769 [cnts/sec] TRIGGER_DUR: 8.192 [sec] TRIGGER_INDEX: 327 E_range: 15-50 keV .... COMMENTS: SWIFT-BAT GRB Coordinates. COMMENTS: This is a rate trigger. COMMENTS: A point_source was found. COMMENTS: This does not match any source in the on-board catalog. COMMENTS: This does not match any source in the ground catalog. COMMENTS: This is not a GRB. COMMENTS: This is a RETRACTION of a previous notice that identified this as a GRB +-- it is NOT a GRB.

Date: Thu, 31 Mar 2005 15:52:18 -0500 (EST) From: GCN Circulars Subject: GRB050331: No Afterglow Detected To: [email protected] TITLE: GCN GRB OBSERVATION REPORT NUMBER: 3159 SUBJECT: GRB050331: No Afterglow Detected DATE: 05/03/31 20:47:13 GMT FROM: Aaron Price at AAVSO B. Monard and A. Price report on behalf of the AAVSO International High Energy Network on optical observations of the field of GRB050331 (GCN#3156 Palmer et al.). A field centered on the coordinates of the XRT position in GCN #3155 (Burrows et al.) was observed at midpoint time of 19:03 UT and compared with the DSS/POSS red plate. The CCD was unfiltered but with a red zeropoint response. No new source was identified down to a limiting magnitude (SNR=3) of 20. Full details on the report is below along with a link to the FITS image: ......

Date: Thu, 31 Mar 2005 16:22:14 -0500 (EST) From: GCN Circulars Subject: Retraction of three Swift GRB triggers To: [email protected] TITLE: GCN GRB OBSERVATION REPORT NUMBER: 3160 SUBJECT: Retraction of three Swift GRB triggers DATE: 05/03/31 21:17:08 GMT FROM: David Burrows at PSU/Swift N. Gehrels (GSFC), J. A. Nousek (PSU), S. Barthelmy (GSFC), D. N. Burrows, P. Roming (PSU), report on behalf of the Swift team: The Swift team reported three GRBs earlier today, but has now determined that all of these triggers (BAT triggers 112977, 112981, and 112982; GCN Circulars #3155, 3156, 3157, 3158) were due to Vela X-1. The positions were assigned incorrectly due to attitude errors on the spacecraft. All of these triggers are being retracted. Swift has not found a true GRB yet today.

Opticky jasné GRB ●

●

●

málo pozorování pole v době gama záblesku / těsně po, případně před gama zábleskem do hodiny po gamma záblesku je málo pozorování (<30) měli by existovat jasné OT gamma záblesků