大石理子, 粟根悠介A, 櫛田淳子B, 小谷一仁B, 斉藤雄太郎B,榊直人C,西嶋恭司B, 山本常夏D, 吉越貴紀
他 CTA-Japan Consortium
東大宇宙線研, 京大理A, 東海大理B, KITC, 甲南大理工D

 CTA-LSTによるGRB観測
 Divergent pointing modeの概略
 日本国内でのシミュレーションデータ生成
 Divergent pointing modeにおけるガンマ線微分感度の各パラメータ（開き角、θ)依存性
 任意のθにおけるNormal modeとdivergent
pointing modeの感度の比較

CTA Array E

LST(大口径望遠鏡）： CTAの３種類の望遠鏡の中で低エネルギー側(20 GeV1 TeV)に感度を持つ→ GRBは重要な標的天体
 口径: 23m
台数: 4台
視野: 4.5度(全角)導入速度 180 deg./20sec を予定（詳細は前講演）

望遠鏡配置図LST

大口径望遠鏡(LST)群

CTAアレイ 完成イメージ図 大気チェレンコフ望遠鏡の視野は狭く単独でのGRB探索は困難であるため、より視野の広い飛翔体検出器からGRBの座標情報を受け取り、速やかに望遠鏡視野に導入する
Fermi GRB burst catalogueによるFluenceとError radiusの関係

 衛星から受け取る座標情報の精度は チェレンコフ望
遠鏡の視野（LSTの場合は半角 2°.25) と比べて十分に小さいことが望まれるが、現実はそれよりも大きい 例えばFermi GBMの場合では、人間が介在した位置解析でも σ =3°.8 ±0°.5 程度の位置誤差がある(Briggs et al., 2009)

各望遠鏡の視野の位置関係

 カメラ視野サイズを固定したまま、位置不定性の大きい点源に対して実効的な感度を改善する可能性がある手法として提案
 ４台のLSTの視野を小角度ずつずらし、ガンマ線広い空間範囲に浅い感度を持たせる
到来方向

Array axis

各望遠鏡の位置と光軸の角度との関係（天頂観測の場合）
開き角＝0.0度
開き角 : 0°.0

開き角＝0.5度
開き角: 0°.5
Off-axis angle(θ)

望遠鏡の地上での位置

開き角(opening angle) 過去のCTA-Japan MC WPのstudyにはヨーロッパで生成されたシミュ
レーションデータを使用
 Divergent pointing modeの感度検証は比較的新しい試みであり、ヨー
ロッパ生成のデータでは対応できない →日本国内の計算機リソースを用いて空気シャワーシミュレーションから行い解析用データを生成 Divergent pointing modeの感度は望遠鏡の開き角（前頁で定義）に強く依存することが予想され、開き角も刻んで最適な設定を見つける必要がある
パラメータ種

設定内容

望遠鏡配置

LST4台

生成粒子

γ, p, e-*

生成イベント数

γ, e :2×107

開き角0°.0 から2°.0 まで0°.5刻み

到来方向分布

天頂角20°中心, 0°-8°(半角)等方分布105m間隔正方形
p: 2×108*LSTのエネルギー領域では、宇宙線重元素(He,Si等）の雑音としての寄与は陽子に比べて十分小さいため(右図)粟根, 京大修論（2013)開き角=0.0 deg

開き角=0.5 deg

開き角=1.5 deg

開き角=2.0 deg

開き角=1.0 deg

黒線：各望遠鏡の視野視野の重なる領域近くではcoincidenceが取りやす
いためイベント生存率が高くなる ガンマ線acceptanceはArray axis中心から外側に向かって低下するが、傾斜は divergent pointingの開き角に依存する

ガンマ線 θ
到来方向

Array axis

 有限の開き角を持たせることにより、中心から遠い領域ではnormal mode(開き角 0.0deg)より高いacceptanceを持たせることができるが、開き角が大きすぎるとcoincidenceを取ることが困難になるため全体のacceptanceが下がる
γ線acceptanceのθ2,開き角依存性

LST視野外縁相当(2.252)

開き角 0.0degを１としたときの相対acceptance

感度解析手法については過去の学会での講演内容に準ずる.
開き角 0.0deg のデータ等を用いてヨーロッパ側の解析結果とクロスチェックを実行済み
観測時間は 0.5hを仮定

MCガンマ線データを用いた最適パラメータカット値の学習（Lookup テーブルの作成）には、到来方向が等方分布(θ=0-8 deg)の全ガンマ線データを使用



到来方向が等方分布のdiffuseなデータを点源の重ね合わせとして解析









３種類の解析パラメータ（最小積分光量, multiplicity, ヒットピクセル数）について、最適カット値を探索
微分フラックス感度のエネルギービンは 2 bin / 1 decade とし、主に100 GeV – 316 GeVのバンドの解析を行う。（感度Sは エネルギー E, 開き角,offset angle θ, 観測時間 の4つの変数の関数として与えられる）
LSTのエネルギー領域では、背景宇宙線イベントに対する信号雑音比が感度曲線を決定する最重要要素
背景宇宙線スペクトルについては ハドロンはIchimura et al. (1993), 電子はFermiの結果 Abdo et al. (2009)を使用

θ 0-8 degの等方分布ガンマ線データ（点源の重ね合わせとして解析）に対して最適化された感度曲線

 ３種類の解析パラメー
タを一定の範囲で振って各々感度曲線を求め、最良感度を与えるパラメータ値・カット有無の組み合わせを選択 θ=0-8 degの間で存在確率分布がuniformである点源に対する”期待値”感度と読み替えることができる微分フラックス感度と開き角,off-axis angle θの関係

100 - 316 GeV band θは中心(0°)から0°.5幅のリングで区切って評価
 どの開き角でもOffaxis angle θが大きくなる（Array axisから外側に離れてゆく）と感度は悪化するが、悪化の傾斜は開き角が大きい方が小さくなる（γ線acceptanceに似た傾向）θ:1.0-1.5 deg

θ:2.0-2.5 deg

best2°.0

 100 – 316 GeV
band0°.01°.0

θ:1.5-2.0 deg

θ:2.0-2.5 deg

Dataset opening angle (deg)Diff. Sens. E2 dF/dE (erg/cm2/sec)

Diff. Sens. E2 dF/dE (erg/cm2/sec)

開き角θ:2.5-3.0 deg

 縦軸: 微分フラックス感度 横軸: 開き角
（0.0deg ≡normal mode)
θ:3.0-3.5 deg

Dataset opening angle (deg)

CTAの大口径望遠鏡でのGRB観測などを想定し、広範囲で浅い感度を達成することを目的とした “DivergentPointing Mode”の感度について定量的な評価を行った
 ヨーロッパ生成データに頼らず、特定の条件に対応したシミュレーションデータを日本国内で生成する体制が整えられつつあり、解析の幅と機動性は改善された
 Divergent pointing modeの任意のoffset angle θにおけるガンマ線検出感度は”開き角“の設定に強く依存するため、各データセットについてよりイベント数を増して統計精度を上げた評価を行うことが好ましい 今後はこのモードで観測を想定している天体の存在位置確率分布(GRBであれば衛星から受け取る座標のerror radiusから推定される）による重みづけを行った評価を加える