新式伽玛暴监测系统UFFO

最近arXiv.org上放出了一批关于伽玛暴监测设备UFFO（Ultra Fast Flash Observatory）的文章，应该都是在北京召开的国际宇宙线会议文集的内容，在此介绍一下。UFFO是韩国梨花女子大学主持的项目，于2009年在先前的POET计划夭折之后提出，其先行的验证设备搭载在俄罗斯的罗蒙诺索夫卫星上，最快可能会在今年年底发射进入太阳同步轨道。罗蒙诺索夫卫星。（图片来源：Gunter’s Space Page）UFFO的设计背景是伽玛暴早期监测的需要。现在这方面的主力是雨燕卫星，其最大的优点是快速反应。它的工作流程是使用大视场的爆发预警望远镜BAT监视天空，发现感兴趣目标后迅速完成定位，随后卫星本身旋转到相应位置，让后续的X射线望远镜XRT与紫外/光学望远镜UVOT观测目标。这一过程通常需要100秒左右的时间，因此对于早期低能段的观测，尤其是短暴观测仍然显得有些力不从心。虽然如今也有若干快速反应的望远镜可以进行后续观测，但是地面观测终归存在天气和时间的限制。UFFO的设计目标正是为了弥补现有设备的不足，而且它的预期反应速度比雨燕还要快。为了将反应时间减少到一分钟之内，UFFO采用了转动单个仪器光路而非卫星整体的方法，因此更适合伽玛暴早期行为的多波段监测。UFFO的样机结构示意，其中左侧为UBAT，右侧为SMT。（图片提供：UFFO）UFFO的先行验证样机主要由两台仪器组成，爆发预警与触发望远镜UBAT以及旋转镜面望远镜SMT。其中前者为触发设备，由编码掩模、光子探测器以及机械支架组成，光子探测器又分为LYSO闪烁体、多阳极光电倍增管、模拟和数字电路以及高压元件几部分，入射的高能光子先诱发闪烁体发出与能量相关的紫外光子，紫外光子被光电管放大并转换成电信号，输入模拟电路，模拟信号的处理和辨认最终由数字电路完成。SMT是UFFO先行验证机的特点所在。由于罗蒙诺索夫卫星重量有限（约450千克），样机的SMT很小，总重量只有3千克不到。为了达到快速反应的目标，UFFO在RC式望远镜主光路之前加设了可以旋转的辅助反射镜，反射镜的指向可以根据天空中爆发的位置迅速调整，幅度可达前后各17.5度，这相当于UBAT总视场的一半。这个旋转时间是多少呢？根据论文的介绍，可以做到不长于1秒。UFFO原本的打算是采用微电子机械系统来控制一组反射镜阵列，每块小型反射镜背面都单独配有小型促动器，这种结构的反应速度更快，有望捕获UBAT触发1秒之内的光学光变。但是这样做技术要求很高，由于发射时间临近，小组最后决定还是选择单一的旋转镜面。微电子机械镜面阵列使用的梳式促动器。（图片提供：UFFO）根据雨燕卫星的观测估计，UFFO验证机的UBAT每年应该可以探测到40余个伽玛暴，其中包括2个短暴。SMT应该可以为其中相当一部分爆发提供极早期的光学数据，让瞬时多波段研究成为可能。另外UFFO还可能与罗蒙诺索夫卫星携带的极高能宇宙线探测器TUS（也就是本文第一张示意图中的六边形拼接设备）结合，提供伽玛暴的中微子或者宇宙线粒子成协线索，这对于爆发机理乃至整个基本物理学都有极大的意义。如果罗蒙诺索夫卫星上的验证设备取得了成功，UFFO小组的下一步计划是在2015年前后发射口径更大的UFFO-100，这一设备可以探测红外光子，最终要应用微电子机械阵列，还配备了辅助触发的光学望远镜UTAT。内容来自 Bo Zhang's Homepage

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