中国空间站POLAR-2实验科学载荷中的低能X射线偏振探测器(LPD)是中国空间站2026年初部署的外部科学载荷之一,专门设计用于观测2–10 keV能量范围内伽马射线暴(GRB)瞬时辐射的偏振,其初步设计的视场达到90°。对GRB的偏振观测是通过基于气体像素探测器的X射线光电偏振探测仪阵列实现的。由于宽视场配置,几乎所有光子会斜入射进入到探测器中,这大大增加了偏振重建的困难,目前国际上没有完备的用于大视场光电偏振仪的斜入射偏振重建算法,仅存在一些理论上的尝试。我们在模拟和实验数据中测试了理论计算的调制函数,拟合结果并不理想,在一些偏振角下偏振度重建的误差达到了十几度。
在细致的理论推导与模拟分析后,发现了光电子发射方位角重建是影响理论计算的斜入射调制函数的主要因素。在此基础上,文章提出了一种对斜入射调制函数修正的方法,该方法从理论计算出发,结合了模拟器模拟,具体流程如图1所示。之后,我们在模拟数据和实验数据中进行了大量测试,测试结果表明了该偏振重建方法的准确性及高效性。此外文章中还对斜入射偏振重建中的所有可能存在的系统误差进行了分析。
该研究工作以“Polarization Reconstruction Study of Wide Field-of-View photoelectric polarimeter for POLAR-2/LPD”为题,已被国际著名天体物理期刊《The Astrophysical Journal Supplement Series》接收发表。
图1. 斜入射调制函数的计算与修正流程图。
图2 对30°斜入射实验数据的拟合结果。左图:入射光子能量4.51 keV;右图:8.05 keV。入射光的偏振方向在入射平面内。
图3. 使用最小化卡方的方法对45°斜入射的模拟数据进行偏振重建的结果。图中包括了对不同偏振度和偏振角入射源进行偏振重建的结果,红色十字表示模拟器中偏振度和偏振角的输入值。子图中黑色、黄色和绿色环分别代表1σ、2σ和3σ置信区间。
论文作者:冯祖科(博士生),刘宏邦(唯一通讯),易涤凡,谢立荣,代聪,封焕波,孙建超,何江,王源浩,马瑞婷,王斌龙,麦倩男,庹江川,钟倩,唐振宇,刘倩,谢斐,张双南,梁恩维
论文链接(约24年12月份上线):https://doi.org/10.3847/1538-4365/ad9470