利用ARGO-YBJ实验对时变现象的研究

利用ARGO-YBJ实验对时变现象的研究陈垚，姚志国，查敏代表ARGO-YBJ实验2010年4月18日主要内容•高能伽玛天文和时变现象；•ARGO数据质量检查；•背景估计法介绍；•观测结果和讨论。高能伽玛天文和时变现象•高能伽玛天文是研究宇宙线的起源、加速和传播；•研究对象:–稳定高能伽玛源;–高能伽玛源时变现象，如耀类星体;–GRB;–……•伽玛天文的观测实验：⁻基于卫星探测器(Fermi);⁻成像大气契伦克夫望远镜(H.E.S.S.);⁻广延大气簇射阵列；•As-gamma,ARGO;•Milagro。FermiGamma-raySpaceTelescopeH.E.S.S.MilagroASγ耀类星体的时变现象Mkn421:2007day347-2008day229X-rayARGO(nhit40)ARGO(nhit100)byRXTE•耀类星体的TeVγ射线发射是快速时变的，在爆发态时流强可达10倍Crab量级。如：Mkn421,Mkn501,1ES1959+650,PKS2155-304,BLLacetae等；•由于契伦克夫技术的限制，例如有效观测时间所占比例小、视场小，成像大气契伦克夫望远镜在某一时刻只能观测一个候选目标;•EASArrays（广延大气簇射阵列）有着长工作时间、宽视场的优点，使得连续的全天区扫描成为可能;•ARGO-YBJ属于后者，将能够对这类源的γ射线发射做很好的观测。数据质量检查•由于时变现象的特性，对数据质量要求较高，需要进行数据质量检查；•原理：–数据质量低时，某些统计量将变异常;–由统计量的值来判定数据质量。一些用到的统计量：–Eventrate;•Reconstructedeventsnumber/livetime;–MeanChi-squarevalue;–MeanNhits;–Proportionofeventswith:•zenithincertainrange;•azimuthincertainrange;•Coreincertainquadrant.@May25,2008某channel掉高压时某些统计量异常•约排除3%的事例;•ARGO运行日志里记载的导致数据质量降低的事件都被排除;•一些统计量的分布变得正常，见下图。1%cutoffSlicelevel:rateRunlevelSlicelevel:chi2_cnFinaldataOriginaldata1%cutoff2%cutoffTotal:3.1%逐级检查事例率随时间变化方位角0-PI的事例所占比例背景估计方法：Surroundingbinsmethod•将天区划分为许多矩形的格子：–各个格子接收度基本相等，为赤纬方向上长度，αi为赤经方向上长度,~/cosi;–格子大小~角分辨率~能段;•每一个格子都有一个对应的环绕的区域用于估计该格子的背景事例数：⁻能将事例率随时间变化带来的影响最小化；⁻基本不受方位角不均匀性影响。⁻NB=iniinioffRi;AstroparticlePhysics33(2010)24-39αi1.52+41.5/*αi(2+4)/*αi•其中，格子和背景区域的接收度的比率R需要确定；•在当地赤道坐标系下，R是位置的函数（如右上图），需要用一段较长时间的真实数据进行标定；⁻Ri=Nicenter(T)/Nioff(T);⁻Ri~立体角比值Rgeom;⁻R相当地稳定（如右下图）：⁻由2008170-366数据和由2009001-199数据标定得到的两组Ri一致性好；=1.5degree(Ri1-Ri2)/Ri2RiMkn421的观测•数据：2008163-165(mjd54628-54630);•事例选择条件:–nhit_ca:100;–天顶角:40度；•Δδ：1.5度;•用不同的数据用做标定，得到的显著性：DataforcalibrateMKn421Sun200805&2008074.25σ-4.66σ200805-2008074.26σ-4.65σ2008064.30σ-4.64σ1.显著性值稳定;2.与其它方法符合时间交换法~4.2σ;直接积分法~4.2σ.显著性全天区图2008163-165Mkn421(166.114,38.209)Sun(80.65,23.16)2008163-165显著性一维分布观测稳定源Crab•数据:2008170-2008366；•事例选择条件:–Nhit:100;–Core:芯内;–天顶角：40度;–Δδ=1.5；–显著性：4.15σ。总结与讨论•用该分析方法观测到已知时变源Mkn421的γ射线发射；•用该分析方法观测到月亮阴影缺失和稳定源Crab;•该方法将用于ARGO-YBJ对Mkn421的长期监测；•并用于监测时变现象、找寻未知时变源。谢谢！稳定源Crab的观测•数据:2008170-2008366；•选择条件:–Nhit:100;–Core:芯内;–天顶角：40度;–Δδ=1.0,1.5,2.0,2.5度.Crab'slocationatcellsΔδ=2.5Δδ=2.0Δδ=1.5Δδ=1.0Δδ=1.04.35Δδ=1.54.15Equi-zenith~4.6Direct-integral~4.97Note:1.Cutditionisdifferent;2.Significanceismaximizedforequi-zenithanddirec-integral.Discussion•Themethodisappliedtomonitormkr421;•Andsearchunknownflares.Crab•Data:2008170-2008366；•Cutcondition:–Nhit:100;–Core:inthecarpet;–Eventzenith:none;–Cell’szenith40;–Δδ=1.0,1.5,2.0,2.5.Crab'slocationatcellsΔδ=2.5Δδ=2.0Δδ=1.5Δδ=1.0Δδ=1.04.35Δδ=1.54.15Equi-zenith~4.6Direct-integral~4.97Note:1.Cutditionisdifferent;2.Significanceismaximizedforequi-zenithanddirec-integral.Sun’sorbitfrom2008153to2008182(mjd54618-54647)Δδ=1.5Δδ=1.0Δδ=2.0Δδ=2.52008163-165Δδ=3.02008161-164Sig:-4.2σMkn421’slocationatcells(1.5degree)PeriodlevelSlicelevel(minute)RunlevelCheckondifferentlevelsCuttherunwhilestatisticsareabnormal.3510CheckonperiodlevelsTherunswiththestatisticseventsrate3510arecut;AllthecutrunscanfindcounterpartinLogBook;DataisfromMarchtoMay,2008.Cuttheperiodwithstatisticsabnormal.CheckonrunlevelsRed:slicescutoff;Green:slicesreserved.Afterchecking,sliceswithlowerorhigherratearealmostfound.EventratewithtimeAnd,someotherstatisticsbehavebetter.CheckonslicelevelsCuttheslicewithstatistics“chi2_cn”abnormal.140Cutthesliceswithmeanchi2_cn140;Datafrom200803-200805.Upper-right:ratioofzenith50degree;Lower-left:ratioofazimuth(0-PI);Red:slicescutoff;Green:slicesreserved;Aftercut,certainstatisticsbecomenormalsimultaneously.ARGO-YBJ’smode:Scalarmode;countingratesforeachcluster(=1,=2,=3,=4coincidences);GRBandsolarflareswithathresholdoffewGeV;Showermode;=20hits~4khz;gamma-raybursts;VHEγ-astronomy(threshold~300GeV);cosmic-rayphysics(threshold~1TeV).ARGO-YBJ实验•ARGO特点:–高海拔4300ma.s.l.);–全覆盖RPC;–低能阈（300GeV);–大视场(2sr);–高dutycycle(93%);Δδ=1.0degree;nhit100•Crab:4.87σ;•Direct-1.010008年6.81degree607.51.11.2degreeTime-swap6.29Δδ=3.0degree;nhit60•Crab:4.86σ;tempCrab(83.63,22.01)Direct-integralEqui-zen1001.04.35~4.97~4.61001.54.15SourcenumbersversustimeintheX-ray,high-energygamma-rayandVHEgamma-raydomains.