SVOM 星载 GRM 的时序校准

《Journal of High Energy Astrophysics》:Timing Calibration of the GRM Onboard SVOM

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月06日 来源:Journal of High Energy Astrophysics 6.1

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   摘要我们利用蟹状脉冲星观测数据,对天基多波段时变体源监视器(SVOM)搭载的伽马射线监视器(GRM)进行了在轨定时标校,观测时间覆盖2024年7月至2025年3月。GRM的三个探测器单元分别采用统一的定时分析流程进行独立处理。为提高长基线相位一致性,我们将全局高信噪比蟹状脉冲

  

摘要

我们利用蟹状脉冲星观测数据,对天基多波段时变体源监视器(SVOM)搭载的伽马射线监视器(GRM)进行了在轨定时标校,观测时间覆盖2024年7月至2025年3月。GRM的三个探测器单元分别采用统一的定时分析流程进行独立处理。为提高长基线相位一致性,我们将全局高信噪比蟹状脉冲星模板与基于GRM数据本身推导的月度星历相结合。三个单元的拟合后残差结果一致,大多数值在±60 μs以内,均方根值约为18 μs。该均方根值包含了观测条件、计数统计、模板构建、星历不确定度以及处理链的贡献,因此应将其视为综合定时不确定度的观测上限,而非探测器固有抖动的直接测量值。将相同的星历应用于同时期的Fermi/LAT蟹状数据,得到的拟合后残差均方根值约为27 μs。这些残差在统计不确定度范围内与SVOM/GRM的趋势一致,未显示出单调的长期漂移,仪器间的主要差异通过一个恒定定时偏移被吸收,支持了GRM定时方案在不同任务间的可转移性。10–30 keV至高于100 keV的分能脉冲轮廓恢复了预期中脉冲间发射和桥发射随能量增加而增强的特征。这些结果表明,当前数据集的拟合后相对定时残差稳定在20 μs以下,支持了精密脉冲星定时、瞬变时变分析和多任务高能天体物理研究。

引言

SVOM是一项中法联合任务,旨在开展时域高能天体物理研究,其主要科学目标包括伽马射线暴(GRB)及其他快速时变源(Bernardini et al., 2021)。卫星搭载了四台主要空间仪器,覆盖伽马射线、X射线和光学波段:ECLAIRs,用于4–150 keV波段的宽视场触发和定位的编码孔望远镜(Godet et al., 2014);伽马射线监视器(GRM),由三个碘化钠铊(NaI(Tl))闪烁体探测器单元组成的载荷,将脉冲发射覆盖范围延伸至硬X射线/软伽马射线波段(Dong et al., 2010, Sun et al., 2026);微通道X射线望远镜(MXT),提供软X射线后续观测和改进的源定位能力(G?tz et al., 2023);以及可见光望远镜(VT),对SVOM触发进行快速光学后续观测(Fan et al., 2020),如图1所示。SVOM四台在轨仪器的关键技术参数汇总于表1。在该多仪器框架下,精确的事件时间标记不仅对GRB光变曲线、光谱时滞和多波长关联至关重要,对明亮周期源的相干定时分析同样不可或缺。因此,必须利用在轨数据对GRM的端到端定时响应进行验证。
蟹状脉冲星是用于此目的的天然校准源。其强烈的能量脉冲和尖锐的双峰轮廓——由主脉冲(P1)和脉冲间(P2)组成——结合长期射电监测1,使其成为验证事件时间赋值、质心改正和脉冲相位重构的标准参考源(Lyne et al., 1993)。然而,蟹状脉冲星并非完美无缺:定时噪声、跳变、射电传播效应和能量依赖的脉冲形态都可能导致表观相位残差。因此,可靠的标校必须使用与时代匹配的定时模型,并区分仪器定时效应与源本身的不规则旋转以及跨波段相位偏移。基于蟹状脉冲星的定时标校已被广泛用于高能任务:RXTE、Suzaku/HXD、XMM-Newton/EPIC-pn、NuSTAR、Insight-HXMT和GECAM-C均利用蟹状脉冲星或其他脉冲星观测评估绝对定时、相对定时稳定性和探测器间一致性(Madsen et al., 2015, Martin-Carrillo et al., 2012, Rots et al., 2004, Terada et al., 2008, Tuo et al., 2022, Xiao et al., 2022)。近期XRISM和多任务交叉标校研究进一步表明,微秒级比较需要一致地选择太阳系星历、源位置、时间尺度和定时模型约定(Bachetti et al., 2026, Terada et al., 2025)。
在本文中,我们利用2024年7月至2025年3月获取的蟹状脉冲星观测数据,对SVOM/GRM进行在轨定时标校。我们采用统一的定时框架分析GRM的三个探测器单元,推导蟹状脉冲星的到达时间(ToA),并利用定时残差和脉冲轮廓评估内部一致性。为减少由蟹状脉冲星定时噪声和不均匀观测覆盖引起的长基线相位漂移,我们将全局高信噪比模板与月度星历相结合。我们进一步将GRM定时方案与同时期的Fermi/LAT蟹状数据进行比较,并考察GRM脉冲轮廓的能量依赖性。本工作的目标是量化GRM的在轨相对定时性能,并确立其在精密脉冲星定时、瞬变时变分析和多任务高能天体物理研究中的适用性。

章节摘要

在轨定时架构

GRM定时系统根据任务定时要求为科学事件分配采集时间。GRM时间是一个基于两个平台输入的相对在轨时间尺度:每秒脉冲(PPS)信号以及由平台数据处理单元(PDPU)通过CAN总线广播的时间码。
每次PPS到达时,一个秒级事件标记被插入科学数据流中,而各个光子事件携带具有1 μs分辨率的亚秒定时码。

观测与数据分析

蟹状脉冲星是验证空间X射线和γ射线仪器定时性能的标准校准源(Zheng et al., 2019)。在本工作中,我们分析了2024年7月至2025年3月期间获取的SVOM/GRM蟹状脉冲星观测数据。分析旨在推导脉冲到达时间(ToA)和拟合后定时残差。统一的流程包括数据筛选、太阳系质心改正、周期搜索、轮廓折叠、ToA提取和定时模型拟合。

定时性能概览

我们汇总了SVOM/GRM利用2024年7月至2025年3月蟹状脉冲星观测获得的主要定时结果。对于每个探测器单元(GRD01–GRD03),经质心改正的事件被折叠以构建脉冲轮廓并提取ToA,随后利用Tempo2对ToA进行拟合。三个单元的折叠轮廓及其合并轮廓显示出一致的双峰形态和良好对齐的相位,支持了事件筛选、质心改正以及

结论

我们利用2024年7月至2025年3月的蟹状脉冲星观测数据,对SVOM/GRM进行了在轨定时标校,将全部三个探测器单元通过单一端到端流程处理。主要方法选择——全局高信噪比模板结合月度星历——的动机在于宽视场监视器稀疏且不均匀的轨道覆盖。该方法在引入高阶模型项的前提下保持了长基线相位一致性,

CRediT作者贡献声明

Yao-Ming Duan:撰写–原始稿件、可视化、软件、形式化分析、数据管理。Shi-Jie Zheng:撰写–审阅与编辑、验证、方法学、经费获取、概念化。Ming-Yu Ge:撰写–审阅与编辑、验证、方法学、形式化分析、概念化。Xiao-Yun Zhao:撰写–审阅与编辑。Jiang He:撰写–审阅与编辑。Yue Huang:撰写–审阅与编辑。Lu Li:撰写–审阅与编辑。Jiang-Tao Liu:撰写–审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
Yao-Ming Duan|Shi-Jie Zheng|Ming-Yu Ge|Xiao-Yun Zhao|Jiang He|Yue Huang|Lu Li|Jiang-Tao Liu|Hao-Li Shi|Li-Ming Song|Jian-chao Sun|Jin Wang|Ping Wang|Bo-Bing Wu|Shao-Lin Xiong|Li Zhang
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