Rendimiento técnico esperado del CTAO
Los gráficos de esta página representan el rendimiento preliminar esperado del CTAO tras la finalización de su primera fase de construcción, la aprobada «Configuración Alfa», tal y como se obtuvo a partir de simulaciones detalladas de Monte Carlo (MC) de la instalación.
La «Configuración Alfa» para los conjuntos de telescopios del hemisferio sur y norte del CTAO, situados en el Observatorio Paranal (Chile) y en el Observatorio del Roque de los Muchachos (España) respectivamente, consta de:
Conjunto CTAO-Norte: 4 Telescopios de Gran Tamaño y 9 Telescopios de Tamaño Medio (área cubierta por el conjunto de telescopios: ~0,25 km2)
Conjunto CTAO-Sur: 14 Telescopios Medianos y 37 Telescopios Pequeños (área cubierta por el conjunto de telescopios: ~3 km2)
Gráficos de rendimiento técnico esperado de la Configuración Alfa
La sensibilidad diferencial que se muestra a continuación se define como el flujo mínimo que necesita el CTAO para obtener una detección de una fuente puntual con una desviación estándar de 5σ, calculada en intervalos de energía logarítmica no superpuestos (cinco por década). Además de la detección significativa, requerimos al menos diez rayos gamma detectados por bin de energía, y una relación señal/fondo de al menos 1/20. Los cortes de análisis en cada bin se han optimizado para conseguir la mejor sensibilidad de flujo a las fuentes puntuales. Los valores de corte óptimos dependen de la duración de la observación, por lo que se proporcionan las curvas de rendimiento para tres tiempos de observación distintos: 0,5, 5 y 50 horas.
Conjunto CTAO-Sur
Conjunto CTAO-Norte
Comparación de los conjuntos del CTAO
CTAO-Sur vs Otros instrumentos
CTAO-Norte vs Otros instrumentos
Conjuntos de telescopios CTAO vs Otros instrumentos
Ten en cuenta que las curvas de Fermi-LAT y HAWC están escaladas por un factor 1,2 respecto a las referencias (ver más abajo), para tener en cuenta la diferente agrupación de energías. Las curvas mostradas solo permiten una comparación aproximada de la sensibilidad de los distintos instrumentos, ya que el método de cálculo y los criterios aplicados no son idénticos. En particular, la definición de la sensibilidad diferencial para HAWC es bastante diferente debido a la falta de una reconstrucción energética precisa para fotones individuales en el análisis HAWC.
Fuentes:
ASTRI: https://pos.sissa.it/395/884/pdf
Fermi-LAT: página web de especificaciones públicas http://www.slac.stanford.edu/exp/glast/groups/canda/lat_Performance.htm
HAWC: arXiv:1701.01778
H.E.S.S.: Curvas de sensibilidad preliminares para H.E.S.S.-I (reconstrucción estereoscópica), basadas en/adaptadas de Holler et. al 2015 (Actas de la 34ª CIRC)
MAGIC: Física de Astropartículas 72 (2016) 76-94
LHAASO: https://arxiv.org/abs/1905.02773
SWGO (antes llamado SGSO): arXiv:1902.08429
VERITAS: página web de especificaciones públicas https://veritas.sao.arizona.edu/about-veritas/veritas-specifications
Sensibilidad de flujo diferencial de CTAO-Norte en energías seleccionadas en función del tiempo de observación, en comparación con el instrumento Fermi-LAT(análisis del paso 8, fondo extragaláctico, modo de observación de sondeo estándar). La sensibilidad de flujo diferencial se define como el flujo mínimo necesario para obtener una detección de 5 desviaciones estándar de una fuente puntual de rayos gamma, calculada para intervalos de energía de 0,2 décadas de anchura. Se aplica una restricción adicional de un mínimo de 10 recuentos en exceso. Ten en cuenta que, especialmente para exposiciones superiores a varias horas, las restricciones de observabilidad de un objeto transitorio son mucho más estrictas para el CTAO que para el Fermi-LAT. El CTAO podrá observar objetos por encima de los 20 grados de elevación en condiciones de cielo oscuro. La sensibilidad de flujo diferencial mostrada anteriormente corresponde a observaciones cercanas a ángulos de elevación de 70 grados.
La curva de resolución angular frente a la energía reconstruida muestra el ángulo dentro del cual caen el 68% de los rayos gamma reconstruidos, en relación con su dirección verdadera. Los cortes de separación gamma-hadrón se aplican a los sucesos MC utilizados para determinar la resolución angular. Los cortes de análisis específicos pueden proporcionar una mejor resolución angular (o espectral) a expensas del área de recogida, lo que permite, por ejemplo, un mejor estudio de la morfología o las características espectrales de las fuentes brillantes.
Conjunto CTAO-Sur
Conjunto CTAO-Norte
Otros instrumentos
La resolución energética ΔE / E se obtiene a partir de la distribución de (ER –ET) /ET, donde R y T se refieren a las energías reconstruida y verdadera de los sucesos de rayos gamma registrados por el CTAO. ΔE/E es la semianchura del intervalo alrededor de 0, que contiene el 68% de la distribución. El gráfico muestra la resolución energética en función de la energía reconstruida (el resultado solo depende débilmente del espectro de rayos gamma supuesto; para los resultados aquí obtenidos utilizamos dNɣ/dE ~E-2,62).
Comparación de los conjuntos del CTAO
A continuación se muestra el área efectiva de recolección de rayos gamma de una fuente puntual frente a la ET para cortes gamma/hadrón optimizados para observaciones de 0,5, 5 y 50 h (no se aplica ningún corte en la dirección del suceso reconstruido):
Conjunto CTAO-Sur
Conjunto CTAO-Norte
La zona de recolección efectiva con cortes en la dirección del suceso reconstruido:
Conjunto CTAO-Sur
Conjunto CTAO-Norte
A continuación se muestra la tasa de fondo de rayos cósmicos residual (tras el análisis) por grado cuadrado frente a la energía de rayos gamma reconstruida, ER.
Comparación de los conjuntos del CTAO
La tasa es la integrada en intervalos de 0,2 décadas en la energía estimada (es decir, cinco intervalos por década). A la selección de sucesos simulados de protones y electrones de rayos cósmicos se aplican cortes de separación gamma-hadrón optimizados para distintos tiempos de observación.
Para más detalles sobre los espectros de protones y electrones de rayos cósmicos supuestos, véase Bernlöhr et al 2013.
Todos los parámetros de rendimiento presentados anteriormente son válidos para una fuente situada cerca del centro del campo de visión (FoV) del CTAO. A continuación se muestran las curvas de sensibilidad diferencial para una fuente puntual a distancias angulares crecientes desde el centro del FoV.
Conjunto CTAO-Sur
Conjunto CTAO-Norte
La resolución angular y energética también se degrada al acercarse al borde del FoV. Los IRFs proporcionados contienen la evolución de todos los parámetros de rendimiento con el ángulo fuera del eje.
Archivos fuente
Las funciones de respuesta del instrumento (Instrument Response Functions o IRFs, en inglés) de los gráficos de esta página («Configuración Alfa») se pueden descargar en el siguiente enlace.
Notas
- Todos los valores de rendimiento se derivan de simulaciones detalladas de Monte Carlo (MC). Las simulaciones MC son similares a las presentadas en Bernlöhr et al 2013, pero utilizando Corsika 7.71 (con URQMD + QGSJET-II-04), un modelo de detector actualizado de los telescopios CTAO y disposiciones optimizadas del conjunto (la denominada «Producción 5» o «Prod 5»).
- Todos los valores de rendimiento que se muestran aquí se refieren a la primera fase de construcción con una configuración del conjunto de 4 LSTs y 9 MSTs en el emplazamiento norte (CTAO-Norte), y 14 MSTs y 37 SSTs en el emplazamiento sur (CTAO-Sur), denominada «Configuración Alfa».
- En el pasado, se proporcionó el rendimiento para la «Configuración Omega», anteriormente denominada configuración de referencia con 118 telescopios divididos en ambos emplazamientos (el denominado «Prod 3b», archivado y disponible aquí). La «Configuración Omega» se refiere a la configuración de telescopios completos que podría desplegarse en la Fase de Operación y Mejora en función de los fondos disponibles. La «Configuración Alfa» es la configuración oficial actual y no es un subconjunto de la «Configuración Omega» en cuanto a las posiciones de los telescopios.
Agradecimientos
Queremos dar las gracias a los centros de cálculo que proporcionaron recursos para la generación de las Funciones de Respuesta al Instrumento (IRF) de Prod 5:
CAMK, Centro Astronómico Nicolaus Copernicus, Varsovia, Polonia
CIEMAT-LCG2, CIEMAT, Madrid, España
CYFRONET-LCG2, ACC CYFRONET AGH, Cracovia, Polonia
DESY-ZN, Deutsches Elektronen-Synchrotron, Standort Zeuthen, Alemania
GRIF, Grille de Recherche d’Ile de France, París, Francia
IN2P3-CC, Centro de Cálculo del IN2P3, Villeurbanne, Francia
IN2P3-CPPM, Centro de Física de Partículas de Marsella, Marsella, Francia
IN2P3-LAPP, Laboratorio de Annecy de Física de Partículas, Annecy, Francia
INFN-FRASCATI, INFN Frascati, Frascati, Italia
INFN-T1, CNAF INFN, Bolonia, Italia
INFN-TORINO, INFN Turín, Turín, Italia
MPIK, Heidelberg, Alemania
OBSPM, Observatorio de París Meudon, París, Francia
PIC, port d’informacio cientifica, Bellaterra, España
prague_cesnet_lcg2, CESNET, Praga, República Checa
praguelcg2, FZU Praga, Praga, República Checa
UKI-NORTHGRID-LANCS-HEP, Universidad de Lancaster, Reino Unido
Agradecimientos por los IRF del Prod 3b
CAMK, Centro Astronómico Nicolaus Copernicus, Varsovia, Polonia
CETA-GRID, Centro de Recursos CETA-CIEMAT, Trujillo, España
CIEMAT-LCG2, CIEMAT, Madrid, España
CYFRONET-LCG2, ACC CYFRONET AGH, Cracovia, Polonia
DESY-ZN, Deutsches Elektronen-Synchrotron, Standort Zeuthen, Alemania
GRIF, Grille de Recherche d’Ile de France, París, Francia
IN2P3-CC, Centro de Cálculo del IN2P3, Villeurbanne, Francia
IN2P3-CPPM, Centro de Física de Partículas de Marsella, Marsella, Francia
IN2P3-LAPP, Laboratorio de Annecy de Física de Partículas, Annecy, Francia
INFN-FRASCATI, INFN Frascati, Frascati, Italia
INFN-T1, CNAF INFN, Bolonia, Italia
INFN-TORINO, INFN Turín, Turín, Italia
MPIK, Heidelberg, Alemania
M3PEC, Mesocentro Aquitano, Burdeos, Francia
OBSPM, Observatorio de París Meudon, París, Francia
PIC, port d’informacio cientifica, Bellaterra, España
prague_cesnet_lcg2, CESNET, Praga, República Checa
praguelcg2, FZU Praga, Praga, República Checa
SE-SNIC-T2, Iniciativa sueca WLCG Tier 2Estocolmo, Suecia