SVOM卫星的伽玛暴光学对应体快速证认仿真系统的研究

Gamma-ray bursts are related to many research fields in astrophysics. Detecting and observing Gamma-ray bursts will be helpful to solve some important problems in astrophysics or fundamental physics. As the successor of the SWIFT Mission, SVOM Mission is a dedicated satellite to detect and observe Gamma-ray bursts. Its onboard optical telescope has an excellent detection ability and wider wave length coverage. It will provide a good opportunity to solve the dark burst problem and to detect and identify high redshift bursts. The quick identification of optical counterparts of Gamma-ray burst is crucial for the ground near-infrared telescopes to take images and the large telescopes to take the spectroscopic observations. Due to the limitations of the ability of onboard data processing unit and data rate of real time downlink equipment, the quick identifications must be taken through the co-work of both onboard and on ground data processings. Before the launch of the satellite, we have to rely on the simulations to test the observing strategies and algorithms of the onboard and on ground data processing. The simulations include：the simulations of the performances of the telescope and detectors; the simulations of the brightness of the sky background and cosmic-rays; the simulations of optimal observing strategies and the algorithms for onboard and on ground data processing; We would like to propose this proposal to study through simulations, the quick identifications of optical counterparts of Gamma-ray bursts detected by SVOM satellite which are closely related to the scientific returns of the SVOM Mission.

伽玛暴涉及从恒星、星系到宇宙学等多个天体物理学领域。探观和研究伽玛暴将有助于解决一些重大天体物理和基础物理问题。SVOM卫星将是继SWIFT卫星后的另一个专用于探测和观测伽玛暴的项目。其星载光学望远镜具有较深的探测能力和较宽的波长覆盖，将为解决暗暴问题和高红移伽玛暴的探测和证认提供难得的机遇。伽玛暴的光学对应体的快速证认将为地面的红外望远镜的成像观测和地面大望远镜的光谱观测赢得宝贵的时机。由于星载的处理能力和实时下传的数据率的限制，快速证认需要对星载和地面的数据联合处理。在卫星发射前，星载和地面处理的策略和方法的制定需要依赖于仿真。本课题涉及的仿真系统包括: 对光学望远镜的光学系统和探测器的性能仿真；天空背景亮度，宇宙线的仿真; 及优化的观测策略、星载及地面处理算法的仿真。本课题将就SVOM卫星的伽玛暴光学对应体的快速证认这一至关科学成果回报的关键问题行进行仿真研究。

本课题基于中法合作SVOM卫星。此卫星的主要目标是探测和研究伽玛射线暴，拟解决目前在伽玛暴的研究中有关高红移伽马暴及伽马暴的暴发机制等科学问题。此卫星包括4个星载科学仪器（硬X射线相机、伽玛射线监视器、软X射线望远镜、光学望远镜）、以及两组地基光学广角相机阵和两台自动的地基后随望远镜。本课题涉及的仪器为中方的主要载荷星载光学望远镜。其主要的功能是探测并尽快定位伽马暴的光学对应体，为地面大望远镜提供精确的天体位置，从而进行光谱观测。其拟解决的问题是目前的高红移伽马暴的样本的不足问题并探索光学暗暴之谜。本课题的主要研究内容是如何实现高红移暴的光学对应体和暗暴的光学对应体的早期快速证认。我们通过仿真方法，首先对星载光学望远镜的光学和探测器分别做了仿真；另外也根据SVOM的指向对SVOM卫星的监测测的天区进行了仿真；根据已知的巡天星表对光学望远镜视场中的恒星进行了仿真；根据哈勃空间望远镜对天空背景的观测结果，对天空背景进行了仿真；对卫星从硬X射线相机到软X射线望远镜的观测流程和定位误差的演化过程进行了仿真；根据目前的伽马暴的光学对应体的亮度的统计结果和光变曲线类型进行仿真；最后我们生成了大量的仿真图像。通过仿真我们确定了在300秒的积分情况下，目前的40公分口径的星载光学望远镜的探测极限星等在Mv=22.5等左右。这些仿真图像主要用于试验在伽马暴的暴发早期如何有效并快速的证认出光学对应体。本课题的主要成果是在获得大量的仿真数据的基础上，我们优化了观测的流程并确定了数据处理的方案，为SVOM卫星科学目标的实现奠定了基础。另外，我们的仿真图像对中国科学中心的数据处理提供输入。