慧眼-HXMT观测到的黑洞双星系统中的W-K关系

通过几十年的观测研究,黑洞X射线双星(X-Ray Binary,XRB)部分特征被揭示.然而,吸积盘结构尚不确定.黑洞XRB功率密度谱的截断频率与准周期振荡(Quasi Periodic Oscillation,QPO)的相关性质(W-K关系)可以限制吸积盘结构.利用慧眼-HXMT(Hard X-ray Modulation Telescope)观测到的5个黑洞XRB的数据,对黑洞XRB的W-K关系进行了研究,结果表明在慧眼-HXMT观测的3个探测器能段中W-K关系成立.此外在MAXI J1535-571之中存在截断频率和吸积盘内半径的相关关系,这和截断的吸积盘结构一致.如果观测到的功率密度谱来自质量吸积率的扰动传播,可以推测吸积盘内半径接近最内圆形稳定轨道,此黑洞可能是高自旋系统.

我国首个空间天文台科学数据系统的研发和应用

慧眼卫星是我国首个天文台级的X射线天文卫星,于2017年6月15日在酒泉成功发射.为了适应空间天文由观测用户主导和深度参与的特点,需要处理用户的观测申请,将观测数据转化为标准化产品,提供数据分析软件、仪器响应和空间本底等.为了实现这些功能.

GECAM卫星有效载荷介绍

引力波暴高能电磁对应体全天监测器(Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor,GECAM)卫星旨在实现对引力波事件的高能电磁对应体的全天监测,并监测全天的快速射电暴的高能辐射、特殊伽马暴以及磁星爆发等高能天体爆发事件,为相关的物理研究提供能谱、光变及定位等观测数据.GECAM由两颗共轨共轭运行的卫星组成,卫星均采用反地心指向,实现视场的全天覆盖.卫星有效载荷包括两种探测器:伽马射线探测器(Gamma-Ray Detector,GRD)和荷电粒子探测器(Charged Particle Detector,CPD).GRD采用溴化镧晶体匹配SiPM(Silicon PhotoMultiplier)技术探测8 keV–2 MeV的X/γ射线,通过两颗星多探头联合探测实现对伽马暴等爆发事件的定位;CPD利用塑料闪烁体匹配SiPM技术探测300 keV–5 MeV的荷电粒子,同GRD联合可鉴别和排除空间粒子事件.有效载荷的载荷处理器(Electronics Box,EBOX)具有在轨触发定位能力,将通过北斗短报文准实时下传触发时间和定位等信息,从而引导其他望远镜进行后随观测.

GECAM能量响应及在轨本底模拟

GECAM卫星的主要科学目标是探测引力波伽马暴及其他高能暂现源,具有全天视场、高灵敏度、良好的定位精度和宽能段覆盖等特点.本文在构建GECAM整星质量模型的基础上,通过Geant4模拟得到了GECAM伽马射线探测器(GRD)的能量响应矩阵;并给出了在轨本底水平、本底能谱结构及组成成分的估计结果.模拟结果显示相比Fermi/GBM,GECAM不仅视场更大,而且在低能区具有更大的有效面积.同时根据在轨本底模拟结果可知:(1)单个GRD探头的平均在轨本底约为800 cps,其中宇宙弥散伽马射线本底占主导;(2)本底谱中存在三个特征峰,可用于在轨标定探测器的增益.

GECAM定位方法及模拟分析

引力波暴高能电磁对应体全天监测器(Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor,GECAM)卫星计划于2020年底发射,将实现对引力波高能电磁对应体等高能暴发现象的全天监测.GECAM对伽马射线暴的定位是其最重要的科学需求之一.我们建立了同时拟合伽马射线暴的能谱和定位的GECAM地面定位方法,并结合GECAM当前质量模型的仪器响应和本底模拟,对此定位方法的GECAM定位能力进行了考察,得到了不同亮度、不同能谱硬度、不同暴发持续时间等参数的伽马射线暴的定位精度.对于典型亮度(10–1000 keV能段下,通量为10^-6 erg s^-1 cm^-2,持续10 s)的中等硬度谱的定位精度在0.6°(1-σ统计误差)左右.我们还考察了两个特殊暴发事件:(1)对于快速射电暴FRB 131104的疑似高能辐射对应体,GECAM定位误差为5°左右;(2)对于引力波事件GW170817的电磁对应体(GRB 170817A),GECAM定位误差为10°左右.

GECAM伽马暴数据分析算法和软件设计介绍

引力波暴高能电磁对应体全天监测器(Gravitational wave high-energy Electromagnetic Counterpart All-sky Monitor,GECAM)的物理数据分析工作至关重要,所以科学用户需要一套能够涵盖所有伽马暴数据分析功能的软件,且该软件具有满足用户友好、简单易用等特点.本文描述了GECAM伽马暴数据分析软件的架构设计,包括图形用户界面(Graphical User Interface,GUI)和命令行界面(Command Line Interface,CLI),以及伽马暴数据分析的核心算法.本文对核心算法的设计和分析流程进行了概述,包括数据处理、本底分析、伽马暴定位、能谱拟合、上限计算、信号显著性计算、光变分析、外部触发事件关联概率计算,以及对GECAM触发事件进行分类的朴素贝叶斯分类器,为今后利用GECAM开展伽马暴数据分析工作提供了依据和参考.