フェルミ・ガンマ線宇宙望遠鏡
Fermi Gamma-ray Space Telescope

LAT — 見えない光子の方向を二本の飛跡から戻す

約20 MeVから300 GeV超のガンマ線は鏡で結像しにくい。LATはtungsten foilで光子をelectron–positron pairへ変換し、16 towerのsilicon-strip trackerで飛跡を測り、下部のCsI(Tl) calorimeterでparticle showerのエネルギーを求める。外周のsegmented anti-coincidence detectorが荷電粒子の通過位置を示し、軌道上で最大約10 kHzのtriggerを約400 event/sへ絞る。地上処理後に残る天体光子は毎秒数個である。

GBM — 14方向の明るさ差から爆発を定位する

12基のNaI detectorは8 keV〜1 MeV、機体両側の2基BGO detectorは約0.15〜30 MeVを受ける。各NaIのcosine-like responseを比較してburst方向を数度へ絞り、GBM Data Processing Unitがpulse heightをdigitize・time-tagし、rate increaseを自律検出する。LATとGBMのenergy bandは重なり、一つのburstをkeVからGeV超まで追える。

軌道ごとのrockingで全天を時間系列にする

高度約565 km、傾斜角25.6°、周期96.5分の軌道で、LAT axisをzenithから軌道面の両側へ傾ける。初期10年のsurveyは北側50°を一周、南側50°を次の一周と交互に見て、任意の空へ約3時間ごとに約30分のlivetimeを与えた。2018年に-Y Solar Array Drive Assemblyが停止した後は、軌道面と太陽のbeta angleに応じ、対称、50°/60°非対称、昼夜別profileを使い分けて発電・熱と全天露光を両立している。

SAAの空白も姿勢履歴と一緒にdataになる

South Atlantic Anomalyではtrapped particle fluxが上がるため、LATとGBMはPMT高電圧を下げ、科学data取得を止める。約15%の潜在観測時間が空くが、GPS時刻、宇宙機位置、attitude、IN_SAA、livetimeを30秒単位のspacecraft fileへ残すことで、地上解析は露光のある時間だけを正しく積分できる。

保存・速報・再処理が同じ観測を何度も生かす

LATのDAQとGBMのDPUは別々にeventを作り、共通Solid State Recorderへ渡す。SSRは最大約30時間を保持し、TDRSS Ku-bandで一日6〜7回downlinkする。burst alertはS-bandで即時に地上へ届き、GCNが他の望遠鏡へ配信する。2010年のFermi bubbles、GW170817の1.7秒後に来たGRB 170817A、長期pulsar・blazar catalogは、この反復走査と公開event listから生まれた。

16 towerを同じeventへ束ねる

LATは4×4 tower構成で、各towerにtrackerとcalorimeterを積む。tungstenで生じたelectron–positron pairのXY hitと、CsI(Tl) crystal内のshowerを一つのeventとして合わせ、入射方向・energy・時刻を再構成する。外周ACDのtile hitは荷電粒子flagとしてDAQへ入り、gamma-ray候補のtrack・shower判定を補助する。

GBMは機体外周を測定幾何に使う

12 NaI detectorは異なる方向へ向け、同じburstに対するcount-rate差を到来方向へ変える。二つのBGOは機体の対向面に置かれ、全周の高energy responseを確保する。14 detectorはGBM DPUへ集まり、continuous data、time-tagged event、alert telemetryを作る。

固定arrayに合わせて姿勢則を変える

二翼の太陽電池は約1,800 Wを供給する。2018年以降も-Y arrayのcellは発電を続け、drive角だけが固定された。3 star trackerと4 gyroがattitudeを求め、GPSが時刻・位置を与え、reaction wheelがbeta angle別survey profileを実行する。電力・radiator温度・LAT axisの三条件を一つのpointing planへまとめている。

通常dataとalertは地上への経路が違う

LAT eventとGBM eventはSSRへ保存され、Ku-band TDRSS contactでMOCへ再生される。GBM burst alertはS-bandの即時経路からGCNへ渡り、各地の望遠鏡を動かす。軌道上propulsion systemは観測姿勢を作るreaction wheel系から分かれ、collision avoidanceと安全なdeorbit capabilityを担う。