Statistické zpracování družicových dat gama záblesků
Statistické zpracování družicových dat gama záblesků – obsah diplomové práce • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Předmluva 1. Úvod 2. Družice Fermi 2.1 Popis družice Fermi 2.2 GBM detektory 3. Pozorovací data 3.1 Rozdělení gama záblesků podle doby trvání a rozdělení na obloze 3.2 Dlouhé gama záblesky a jejich závislost na metalicitě 3.3 Krátké gama záblesky 3.4 Může být gama záblesk v naší galaxii? 3.5 Fermi - Pozorování 4. Modely gama záblesků 4.1 Model GRB Fireball 4.2 Model GRB Canonball 5. Expoziční mapa pro přístroj GBM na družici Fermi 5.1 Vytvoření expoziční mapy 5.2 Porovnání expoziční mapy s ostatními družicemi 6. Diskuze 7. Závěr
Statistické zpracování družicových dat gama záblesků • Kapitoly 1-4: Přehledová část o dnešní situaci v oboru gama záblesků – neobsahuje vlastní výsledky. V této prezentaci: stručně (4 následující strany) • Kapitola 5.1: Expoziční mapa pro přístroj GBM na družici Fermi – vlastní výsledek • Kapitola 5.2: Srovnání této mapy s podobnými mapami u jiných družic (BATSE, Swift) – částečně vlastní výsledek
Satelit Fermi • LAT (Large Area Telescope): pro vysoké energie Rozsah 20 MeV – 40 GeV Zorný úhel >2 sr • GBM (Glast Burst Monitor): 12 NaI + 2 BGO detektory Rozsah NaI detektorů 8-1000 keV BGO detektorů 0,15-40 MeV GBM pozoruje skoro celou oblohu, část oblohy blokována zemí • GRB (Gamma-Ray Burst) obvykle detekován v pásmu 50-300 keV
Observační data • 3 základní skupiny GRB: Krátké 0,006-2 s, střednědobé 2-10 s a dlouhé 10-2000 s Dlouhé GRB: slábnou s vyšší metalicitou, jsou izotropně rozloženy, souvisí se supernovami Krátké GRB: nejsou isotropně rozloženy (alespoň u BATSE dat), jsou ve starších galaxiích, jedná se o splynutí kompaktních objektů nebo erupce magnetaru Střednědobé GRB: nejsou isotropně rozloženy (u BATSE dat), model neznámý
• Blízký GRB může být jedině od splynutí dvou kompaktních objektů
Pozorovací data
Fermi - pozorování
Vytvoření expoziční mapy • Proč vlastně? – Izotropní rozdělení GRB na obloze je otázkou, nás zajímají jen skutečné anizotropie, nikoliv anizotropie způsobené přístrojovými efekty 680 Fermi-GBM gama záblesků:
Vytvoření expoziční mapy • Prvním krokem je zjištění umístění jednotlivých detektorů na družici Fermi a charakteristika jednotlivých detektorů • Druhým krokem je zjištění úhlové závislosti citlivosti detektorů. GRB je obvykle detekován zvýšením toku fotonů v oblasti 50-300 keV Úhlová závislost efektivity detektorů je funkcí energie fotonů, protože každý GBM má jiné spektrum, mění se i tato funkce s každým GRB. Použil jsem základní 3 typy spekter
Detektory GBM
Úhlová závislost citlivosti NaI detektoru 1.2
1
0.8
1000 keV 230 keV 70 keV
0.6
0.4
0.2
0 -180
-90
0
90
180
Vytvoření expoziční mapy • Zjištění pozice družice a také natočení družice vůči Zemi z katalogů (polohy os X, Z na obloze) • Pro všech 12 detektorů vypočtení polohy osy detektoru na obloze • Ze známé úhlové závislost citlivosti detektoru jsem určil příspěvek na obloze pro každý detektor • Určitou část oblohy stíní Země, podle údajů v katalogu (RA, DEC zenitu, výška nad Zemí) jsem zjistil, jaká místa na obloze blokuje Země, problém určení velikosti zemského stínu
Vytvoření expoziční mapy • Vypínání detektorů v Jiho-Atlantické anomálii (SAA – South-Atlantic Anomaly), uvedeno v katalogu. V době přeletu družice nad SAA: Nulový příspěvek expozice • Aproximace stínění družicí: Nulová citlivost detektorů pro odklonění od osy detektoru o více než 90° • Závislost expoziční funkce na spektru GRB: Vypočtení pro tři různá spektra
Expoziční mapa pro družici BATSE • • • •
Podle Hakkila et al. 1997 Spočtená pro jednotlivé katalogy Použity energetické kanály 2 a 3 Doba trvání triggeru vymezena překročením hranice 5,5σ a 10σ • Spočteny dipólové a kvadrupólové momenty pro expoziční mapu • Expozice nezávisí na rektascenci, jen na deklinaci
Expoziční mapa pro družici BATSE
• Závislost expoziční doby na deklinaci pro jednotlivé BATSE katalogy. Předpokládá se nezávislost expozice na rektascenci. Převzato: Hakkila et al. (1997).
Srovnání map: Compton-BATSE a Fermi-GBM • U BATSE: Nezávislost na rektascenzi • U GBM: Mapa závisí na rektascenzi • Po diskuzi s Charlesem Meeganem (NASA): Zdá se, že závislost na rektascenzi je v pořádku
Expoziční mapa pro družici Swift (Veres et al. 2010) • Swift často prování orientovaná pozorování, snaha vyhnout se Slunci v zorném poli detektoru BAT • Jen jeden detektor pro detekci GRB • Katalogy pro Swift také obsahují orientaci družice s krokem 30 s • Pro vytvoření expoziční mapy byla použita maska citlivosti detektoru, střed masky pro daný okamžik na udávané RA, DEC v katalogu a maska pootočená o úhel φ
Expoziční mapa pro družici Swift
• Převzato: Veres et al. (2010)
Expoziční mapa pro družici Swift – srovnání s mapou GBM-Fermi • U Swiftu je též nalezena závislost na rektascenzi • Poloha maxima a minima expoziční funkce na obloze je jiná, než u Fermi-GBM • Družice Swift má jen jeden detektor gama záření, se kterým často provádí pozorování konkrétních objektů
Závěr • V kapitolách 1-4 byl dán přehled o dnešním stavu tématu o gama záblescích • Byla vytvořena expoziční mapa pro FermiGBM • Tato mapa závisí též na rektascenzi stejně jako u Swiftu, ale opačně než u BATSE • Tuto expoziční mapu lze použít pro testování izotropie gama záblesků detekovaných družicí Fermi – zatím testování uděláno jenom u BATSE dat
• Poděkování patří Jakubovi Řípovi, Dr. Charlesovi Meeganovi (NASA), Doc. Attilovi Mészárosovi za diskuzi • Děkuji za pozornost!
Otázka č.1 - Galaxie s intenzivní tvorbou hvězd • Přehlídka Sloan Digital Sky Survey, která je diskutována v článku Stanek et al. 2006 • Celkem 73 000 galaxií s rudým posuvem z = 00,2 • U méně než 25% těchto galaxií s intenzivní tvorbou hvězd je metalicita log(O/H) <= -3,4 (Mléčná dráha -3,1) • U hostujících galaxií blízkých dlouhých gama záblesků (z do 0,25) vždy log(O/H) <= -3,4
Otázka č.1 - Galaxie s intenzivní tvorbou hvězd
Otázka č.2 - Chyby určených veličin ve vzorcích • φ(M)dM ~ (M/M*)α.exp(M/M*).dM • Vztah převzatý z Stanek et al. (2006), původní reference Schechter (1976). • Pro chybu parametru α je v původní referenci uvedena hodnota 0,19 pro případ hmotností funkce φ(M) a 0,05 pokud by se jednalo o luminositní funkci φ(L). • Pro různé hmotnosti hvězd se podle Kroupa (2001) parametr α mění, pro hmotné hvězdy dosahuje méně než -2 a chyba jeho určení je 0,40,7
Otázka č.2 - Chyby určených veličin ve vzorcích • 12 + log(O/H) = -1,492+1,847.log(Mgal) – 0,08026.log(Mgal)2 • Převzato z Stanek et al. (2006), původní reference Tremonti et al. (2004) • Chyba číselných parametrů je v původní referenci udána jako 10% (statistická chyba). • Log(SFR(Mgal)) = 0,7 + β.(log(Mgal) -10,5) • Převzato z Stanek et al. (2006), původní reference Brinchmann et al. (2004), Kaufmann et al. (2004) • Chyba parametru β je diskutována v článku, a sice tento parametr je určen s velkou nejistotou (statistická i systematická chyba), parametr β je udáván v rozmezí -0,6 až +0,7.
Otázka č.3 - Úhlová závislost citlivosti detektoru • Závislost fitována polynomy 3. a 6. stupně pro každý typ spektra zvlášť, zvlášť pro úhel 0-90° a 90-180°. • Polynomiální fit použit po konzultaci s Charlesem Meeganem a také proto, že se polynomiální fit často používá u spekter gama záblesků. • Při úhlu 90°polynomy na sebe dobře navazují, chyba při fitování polynomy je 1-2%, podstatně nižší, než chyba způsobená ostatními efekty
Otázka č.3 - Úhlová závislost citlivosti detektoru 1.2
1
0.8
1000 keV 230 keV 70 keV
0.6
0.4
0.2
0 -180
-90
0
90
180
Otázka č.4 - Značení stupnice pro deklinaci v grafech • Deklinace obvykle udávána -90°až +90°, v některých grafech jsem udával deklinaci v intervalu 0-180°. • Rektascenze udávána 0-360°a nebo -180°až 180°. • Přímo na severním a jižním pólu (deklinace -90°a 90°) náhlý pokles expoziční funkce, jedná se o artefakt. Ve skutečnosti není přímo na´pólu prudký pokles nebo nespojitost expoziční funkce
Otázka č.4 - Značení stupnice pro deklinaci v grafech
