Background Simulations of the Wide Field Imager of the ATHENA X-Ray Observatory
雅典纳X射线观测站是一个计划中的多国轨道X射线观测站，焦距为11.5米。ATHENA旨在以高灵敏度在0.1 keV至15 keV的能量范围内进行定点观测。对于高空间和时间分辨率的成像和光谱观测，基于640 × 640像素^2大DePFET技术的宽视场成像仪（WFI）焦平面探测器将是主要探测器，它提供18弧秒的视场。基于实际的力学、热学和屏蔽设计，我们提出了使用蒙特卡罗模拟获得的WFI宇宙线诱导本底的估计和可能的本底降低措施。
2011-11-24 astro-ph.HE astro-ph.IM
Athena Wide Field Imager Key Science Drivers
广角成像仪（WFI）是高能天体物理学先进望远镜（雅典娜）的两个仪器之一。在本文中，我们总结了WFI的许多关键科学目标的三个-超大质量黑洞的形成和增长，星系团中的非引力加热，恒星质量黑洞的自旋测量-并描述了它们的翻译成科学要求，并最终仪器的要求。WFI的设计将提供出色的点源灵敏度和抓地力，用于进行大面积调查，表面亮度灵敏度，调查功率，绝对温度和密度校准，用于深入研究附近星系团的外围，以及非常好的高计数率能力，吞吐量和低堆积，配合非常好的光谱分辨率，用于详细探索明亮的银河系致密天体。
2016-07-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
Spectroscopic Performance of Detectors for Athena's WFI: Measurements and Simulation
本文针对雅典娜任务WFI探测器，报道了耗尽型p沟道场效应晶体管传感器的实测性能，并开发了考虑非解析阈值效应的蒙特卡洛模拟方法，用于预测退化探测器的未来光谱性能。
2024-07-03 astro-ph.IM physics.ins-det
The Wide Field Imager Instrument for Athena
WFI（宽视场成像仪）仪器计划成为欧空局下一个X射线天文台雅典娜的两个互补焦平面相机之一。它通过40 amin x 40 amin的大视野结合了前所未有的测量能力以及出色的计数能力（大于1 Crab）。硅传感器的能量分辨率在从0.2 keV到15 keV的感兴趣能带中是最先进的，例如，在7 keV处的线的半峰全宽将优于170 eV，直到标称任务阶段结束。该性能通过使用具有130 × 130微米像素尺寸的DEPFET有源像素传感器来实现，其非常适合于镜系统的5弧秒半能量宽度（HEW）的轴上角分辨率。每个DEPFET像素是一个组合的传感器放大器结构，MOSFET集成到一个完全耗尽的450微米厚的硅块。WFI仪器计划使用两个检测器：一个大面积检测器，包括四个传感器，总像素为1024 x 1024，一个快速检测器，针对高计数率观察进行了优化。这种具有高计数率能力的检测器允许亮点源的强度为1克拉的吞吐量超过80%，堆积小于1%。DEPFET像素矩阵的快速读出由ASIC开发（称为VERITAS-2）促进。这些元件与Switcher-A（一种允许DEPFET在卷帘快门模式下运行的控制ASIC）一起构成WFI检测器的关键组件。探测器周围有一个Z级屏蔽罩，特别是为了避免荧光线，这将有助于仪器的背景。[摘要]
2017-02-03 astro-ph.IM
Total ionizing dose test with DEPFET sensors for Athena's WFI
本文针对Athena的WFI中的DEPFET传感器和ASIC进行了总电离剂量测试，在低剂量、低剂量率和低温条件下利用X射线源辐照原型模块，发现14 Gy辐照并退火后阈值电压平均偏移80 mV，读出噪声仅增加10%，探测器性能基本保持不变。
2022-08-03 astro-ph.IM physics.ins-det
Quantifying Roman WFI Dark Images with the Wavelet Scattering Transform
本文利用波let散射变换分析罗曼WFI暗场图像，以区分罕见关联图案与典型噪声，支持弱引力透镜科学目标。
2023-08-03 astro-ph.IM
Magnetic shielding of soft protons in future X-ray telescopes: the case of the ATHENA Wide Field Imager
行星际空间和地球磁层都充满了低能量（$\leq300$ keV）质子，这些质子可能会在X射线聚焦望远镜的Wolter-I光学系统的反射表面上散射并到达焦平面。这种现象取决于X射线仪器，会显著增加背景水平，降低灵敏度，或者在最极端的情况下，损害观察本身。磁转向器的使用，偏转质子远离视野，需要详细表征其角度和能量分布时退出镜子。我们提出了第一个端到端的Geant 4模拟质子散射的X射线光学和随之而来的相互作用与分流场和X射线探测器组件，选择ATHENA宽视场成像仪作为案例研究的剩余软质子诱导的背景的评估。我们得到，在没有一个磁转向器，质子确实漏斗向焦平面，与聚焦的非X射线背景远高于雅典娜科学目标所需的水平（$5\times10^{-4}$计数厘米$^{-2}$ s $^{-1}$千电子伏$^{-1}$），为所有的等离子体制度中遇到的L1和L2轨道。这些结果使质子转向器成为ATHENA飞行任务和在行星际空间运行的所有高通量X射线望远镜上的强制性屏蔽系统。对于计算为偏转99\%的质子（否则将到达WFI）的磁场，Geant 4模拟表明，在均匀场的假设下，该配置将有效屏蔽焦平面，产生约等于或低于要求的残留背景水平。
2018-08-28 astro-ph.IM
The Science Advantage of a Redder Filter for WFIRST
WFIRST将能够在数千平方度的天空中提供哈勃质量的成像性能。WFIRST的广域、高空间分辨率调查数据在未来几十年内都将是无与伦比的。在目前的基线设计中，WFIRST滤光片将从光学设计允许的最蓝波长延伸到红色截止波长为2.0微米的最红滤光片（F184W）。在本白皮书中，我们概述了添加中心波长为2.15微米的Ks滤波器的一些科学优势，以便在考虑到天文台的热性能和探测器的灵敏度的情况下，尽可能将WFIRST的波长覆盖范围扩展到红色。
2018-06-01 astro-ph.GA astro-ph.IM astro-ph.SR
The Hot and Energetic Universe: The X-ray Integral Field Unit (X-IFU) for Athena+
雅典娜+任务概念旨在实施提交给欧洲航天局的热和高能宇宙科学主题，以响应其科学计划L2和L3任务定义白皮书的呼吁。雅典娜+科学有效载荷包括一个大口径高角分辨率X射线光学器件和12米外的两个可互换焦平面仪器：X射线积分场单元（X-IFU）和宽视场成像仪（WFI）。X-IFU是一种低温X射线光谱仪，基于一个大的过渡边缘传感器（TES）阵列，在直径为5弧分的视场内提供2.5 eV的光谱分辨率，约5”像素。在本文中，我们简要描述了Athena+任务概念和X-IFU性能要求。然后，我们介绍了X-IFU探测器和读出电子原理，焦平面组件的当前设计，冷却链和审查的全球架构设计。最后，我们描述了目前的性能估计，在有效面积，粒子背景抑制，计数率能力和速度测量。最后，我们强调的最新技术发展有关TES阵列的制造，光谱分辨率和读出性能的实现，以显示显着的进展正在实现对苛刻的X-IFU的要求。
2013-08-30 astro-ph.IM
Athena (Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics) Assessment Study Report for ESA Cosmic Vision 2015-2025
雅典娜是2011年4月至12月在欧空局《2015-2025年宇宙愿景》框架内对L级飞行任务提案进行重新规划后开发的一个X射线观测级飞行任务概念。雅典娜的科学案例是宇宙的极端，从黑洞到大尺度结构。具体的科学目标围绕三个主要支柱：“黑洞和吸积物理学”、“宇宙反馈”和“宇宙的大尺度结构”。支持这些支柱，雅典娜提供的热天体物理等离子体的研究将其范围扩大到天文学的几乎所有角落。“雅典娜”概念包括两台共对准的X射线望远镜，焦距12米，角分辨率为10”或更高，在1千电子伏时总有效面积为1平方米（在6千电子伏时为0.5平方米）。在其中一个望远镜的焦点处，有一个宽视场成像仪（WFI），提供24' \times 24'的视场，在6 keV下150 eV的光谱分辨率，以及高计数率能力。另一个望远镜的焦点是X射线微量热光谱仪（XMS），这是一种低温仪器，在2.3“\times 2.3”的视场内提供3 eV的光谱分辨率。虽然雅典娜没有被选为欧空局的宇宙愿景2015-2025 L1任务，但其科学目标和概念符合欧空局X射线天文学旗舰的基础。
2012-07-11 astro-ph.HE astro-ph.IM
The Filter Wheel and Filters development for the X-IFU instrument on-board Athena
雅典娜是欧空局在2013年选择的大型任务，旨在调查科学主题“热和能量宇宙”，目前计划于2028年发射。位于12米长的雅典娜望远镜焦点上的两个仪器之一是X射线积分场单元（X-IFU）。这是一个TES微量热计阵列，将在50 mK的温度下工作，以便在能量< 7 keV时执行能量分辨率低至2.5 eV的高分辨率光谱学。为了应对雅典娜将观测的天体所跨越的X射线通量的大动态范围，X-IFU将配备一个滤光轮。这将允许用户根据目标的性质微调仪器设置，从而优化观测的科学结果。滤光轮的几个位置也将被用于托管校准源，并允许测量仪器固有背景。
2016-09-13 astro-ph.IM
Identifying charged particle background events in X-ray imaging detectors with novel machine learning algorithms
天基X射线探测器会受到轨道上大量带电粒子流的影响，特别是高能宇宙射线质子，从而产生大量本底。我们开发了新的机器学习算法来检测下一代X射线CCD和DEPFET探测器中的带电粒子事件，初步研究集中在Athena宽场成像仪（WFI）DEPFET探测器上。我们训练和测试原型卷积神经网络算法，发现带电粒子和X射线事件被识别具有高度的准确性，利用像素之间的相关性，以提高现有事件检测算法的性能。99%的包含宇宙射线的帧被识别，神经网络能够正确识别高达40%的被当前事件分类标准遗漏的宇宙射线，显示出显着减少仪器背景的潜力，并释放未来X射线任务的全部科学潜力，如雅典娜，山猫和AXIS。
2020-12-02 astro-ph.IM
The Whole is Greater than the Sum of the Parts: Optimizing the Joint Science Return from LSST, Euclid and WFIRST
本报告的重点是LSST，Euclid和WFIRST的组合所带来的机会，这些光学调查将成为未来十年天文学的重要组成部分。这些调查的总和有可能大大超过各个部分的贡献。正如本报告所详述的那样，这些调查的结合应该为我们提供星系的多波长高分辨率图像和涵盖大部分恒星能谱的宽带数据。这些恒星和银河系的数据有可能产生新的见解，从银河系的形成历史到中微子的质量。然而，使天文学界能够充分利用这一多仪器数据集是一项具有挑战性的技术任务：对于大部分科学，我们将需要将具有不同光谱和空间分辨率的多个波长的测光结合起来。我们确定了一些关键的科学，使联合调查和实现协同作用的关键技术挑战。
2015-02-19 astro-ph.CO astro-ph.IM
ESO-Athena Synergy White Paper
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）是欧空局在其2015-2025年宇宙愿景方案中选择的X射线观测任务，以解决热和高能宇宙科学主题。欧洲南方天文台-雅典娜协同小组（EAST）的任务是找出雅典娜与光学/近红外（NIR）和亚/毫米地面设施之间的潜在科学协同作用，特别是欧洲南方天文台的设施（即，VLT和ELT，ALMA和APEX），通过编写白皮书来确定和发展：1.需要使用欧洲南方天文台的地面设施，以实现制定的雅典娜科学目标; 2.需要访问Athena，以实现与Athena同时代的ESO设施制定的科学目标; 3. 2020年代末Athena和ESO设施的协同使用将带来科学附加值的科学领域。社区对这一过程的投入主要是通过一个专门的ESO -雅典娜协同研讨会发生的，该研讨会于9月9日举行14 - 16，2016在ESO，Garching.本白皮书介绍了EAST的工作成果，按协同领域分类，并涉及以下主题：1.热宇宙：早期的星系团和星系团及其演化，星系团内介质的物理学，宇宙细丝中缺失的重子; 2。充满活力的宇宙：超大质量黑洞的历史，超大质量黑洞吸积盘，活动星系核反馈-分子外流，超快外流，吸积物理，瞬态科学; 3.天文台科学：恒星形成，恒星。然后，它讨论了光学近红外亚毫米的前景，提供详细的VLT/MOONS，E-ELT仪器，特别是MOS，VISTA/4 MOST，ESO和ALMA档案，未来的ALMA和…
2017-05-17 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
High-statistics simulations of NewAthena WFI background using Geant4
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；The Open University（开放大学）；Universität Tübingen, Institut für Astronomie und Astrophysik（蒂宾根大学天体物理研究所）；Stanford University（斯坦福大学）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；INAF/IASF-Milano（意大利国家天体物理研究所米兰天文台分部）；University of Arkansas（阿肯色大学）
针对NewAthena WFI的背景问题，采用Geant4结合真实与简单几何模型开展高统计量模拟，利用HPC资源提升效率，成果可推广至其他X射线任务。
2026-07-30 astro-ph.IM
Updates on the background estimates for the X-IFU instrument onboard of the ATHENA mission
ATHENA预计将于2028年向L2轨道发射，涉及“炽热和充满活力的宇宙”这一科学主题，将一台高性能X射线望远镜与两台互补的焦平面仪器相结合。其中之一，X射线积分场单元（X-IFU）是一个基于TES的千像素阵列，在5 arcmin FoV范围内提供空间分辨的高分辨率光谱（6 keV时为2.5 eV）。这类探测器的背景由几个部分组成：漫射宇宙X射线背景，由反射镜聚焦并从视场内到达探测器的低能粒子（<~100 keV），以及穿过航天器并从各个方向到达焦平面的高能粒子（>~100 MeV）。这些组件中的每一个都在研究中，以减少它们对乐器性能的影响。这项任务特别具有挑战性，因为缺乏关于L2中X射线探测器背景的数据，这种轨道中预期的粒子环境的不确定性，以及蒙特卡罗背景计算中使用的模型的可靠性。因此，该小组所处理的活动范围很广，从重新分析以前的飞行任务，如XMM-牛顿的数据，到通过对地球磁尾卫星上的粒子监测器进行数据分析来确定L2环境的特征，到确定太阳事件及其发生的特征，以及验证蒙特卡罗模拟所涉及的物理模型。所有这些活动将允许开发一套可靠的模拟来预测，分析和找到有效的解决方案，以减少X-IFU所经历的粒子背景，最终满足实现ATHENA科学的科学要求。虽然这些活动仍在进行中，但我们在此介绍小组已经取得的一些初步成果。
2017-04-27 astro-ph.IM
Opening the low-background and high-spectral-resolution domain with the ATHENA large X-ray observatory: Development of the Cryogenic AntiCoincidence Detector for the X-ray Integral Field Unit
ATHENA是欧空局选择于2031年发射的大型任务。它的目的是解决科学主题“热和充满活力的宇宙”，在L2日地拉格朗日点进行X射线观测（0.2-12千电子伏）。X-IFU是有效载荷的两种仪器之一。它是一种低温光谱仪，提供空间分辨的高分辨率光谱。该仪器的核心是一个大阵列的TES微量热计，在50 mK的热浴操作。L2环境中预期的颗粒背景会严重降低X-IFU性能，因此采用了先进的减少技术，将该影响减少到$\sim$ 50倍。这是实现任务的许多核心科学目标所必需的。由于低温反符合检测器（CryoAC），大部分背景减少（$\sim 80\%$）得以实现，该检测器是一种4像素TES微量热计，将放置在TES阵列下方不到1 mm处。CryoAC是一种内置于仪器中的仪器，具有独立的冷热电子设备和专用的数据处理链。为了达到所需的粒子排斥效率（$\sim 98 \%$），它将具有宽的能带（从20 keV到$\sim$ 1 MeV）和低的死区时间（$< \sim 2\%$），同时考虑若干约束以确保与TES阵列的机械、热和电磁兼容性。在这里，我将报告我的博士研究活动，重点是CryoAC演示模型（DM）的开发，这是ESA在任务采用之前要求的单像素探测器。本文主要分为两个部分。在第一篇中，我将主要介绍我的研究的天体物理框架，在第二篇中，我将重点介绍为CryoAC DM开发而进行的实验活动。
2019-04-05 astro-ph.IM
"Auxiliary" Science with the WFIRST Microlensing Survey
宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）将在宽（$\sim 1-2~μ$ m）W 149滤光片中以15分钟的节奏监测朝向银河系凸起的$\sim 2$ deg $^2$，曝光时间为$\sim$ 50 s，为期6个季节，每个季节72天，总共在$\sim$ 432天内拍摄$\sim$ 41，000次曝光，分布在5年的主要任务中。这将是有史以来最深的天空曝光之一，达到每次曝光0.01等的光子噪声测光精度，并在调查过程中收集了W149 $_{\rm AB}\sim 21$恒星的$\sim 10^9$光子总数。顺序$4 \times 10^7$星将被监测，W149 $_{\rm AB}$ <21，10颗$^8$星W145 $_{\rm AB}$ <23。WFIRST微透镜巡天将探测到54，000个微透镜事件，其中大约1%（$\sim$ 500）是由于孤立的黑洞，3%（$\sim$ 1600）是由于孤立的中子星。它将对质量低至冥王星质量的孤立致密天体（有效）敏感，从而能够测量10个数量级以上的致密天体质量函数。假设光子噪声的精度有限，它将探测$\sim 10^5$凌日行星，其大小与$\sim 2~R_\oplus$一样小，对$\sim 10^6$巨星进行星震学研究，测量区内$\sim 6 \times 10^6$盘和凸起恒星的$\sim 0.3\%$自行和$\sim 10\%$弛豫，并直接探测直径小…
2019-03-21 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Astrometry with the Wide-Field InfraRed Space Telescope
宽视场红外空间望远镜（WFIRST）将能够在其主相机宽视场成像仪（WFI）的巨大视场内对微弱的源进行精确的天体测量。这一前所未有的组合将对许多需要恒星精确位置、距离和速度的科学问题产生变革性影响。我们描述了WFIRST WFI在不同情况下的天体测量精度的期望，说明了广泛的科学案例将如何看到这些数据的重大进展，并确定了WFIRST设计的各个方面，其中小的调整可以大大提高其作为天体测量仪器的能力。
2019-11-01 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.IM
Estimating, monitoring and minimizing the travel footprint associated with the development of the Athena X-ray Integral Field Unit -- An on-line travel footprint calculator released to the science community
全球变暖迫使我们反思我们进行研究的方式，着手履行义务，尽量减少我们的研究计划对环境的影响，减少我们的旅行足迹是最容易实施的行动之一，这要归功于数字技术的进步。X射线积分场装置（X-IFU）是欧洲航天局雅典娜空间X射线观测站的低温分光计，将由一个大型国际财团开发。应尽量减少与X-IFU开发相关的行程足迹。为此，开发了一个旅行足迹计算器，并首次向X-IFU联盟成员发布。计算器使用七种不同的排放因子和方法，对于相同的飞行距离，其差异高达5倍。观察到的差异说明缺乏计算飞行足迹的标准和法规，主要是由于对非CO2影响的不同核算。该计算器使我们能够计算大量旅行的旅行足迹，并可以帮助确定一个会议地点，最大限度地减少大量可能的城市主机（例如拥有大型机场的城市）的整体旅行足迹。该计算器还包括一个最小距离选项，超过该最小距离，飞行被认为是最合适的运输选择;低于该选择的距离，则考虑训练旅程的排放。为了展示其全部功能，计算器首先在最大的科学会议之一上运行; AGU的秋季会议和IPCC的会议，它被用来计算将最大限度地减少旅行足迹的位置。因此，X-IFU的旅行足迹估计约为500吨CO2当量/年。通过这篇论文，在线旅行足迹计算器被发布到科学界（删节）。
2021-02-22 astro-ph.HE astro-ph.IM physics.soc-ph
Athena+: The first Deep Universe X-ray Observatory
用于高能天体物理学的高级望远镜（雅典娜+）正在向欧空局提出作为L2任务（2028年发射），并专门设计用于回答未来十年天体物理学最紧迫的两个问题：普通物质如何组装成我们今天看到的大尺度结构？黑洞是如何成长和塑造宇宙的？为了解决这两个问题，雅典娜+将在角分辨率，有效面积，光谱分辨率，抓取方面提供转型能力，这将使其成为有史以来最强大的X射线天文台。这样一个天文台一旦向天文学界开放，将用于几乎所有种类的天体，从高z伽马射线暴到太阳系附近最近的行星。在本文中，我们简要回顾了雅典娜+的核心科学目标，提出了科学要求和任务的预期实施，并说明了其与现有设施相比的转型能力。
2013-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Cryogenic AntiCoincidence detector for ATHENA X-IFU: assessing the role of the athermal phonons collectors in the AC-S8 prototype
ATHENA X射线天文台是欧空局2015-2025年宇宙愿景科学方案中的第二个大型飞行任务。两种机载仪器之一是X-IFU，这是一种基于大型TES微量热仪阵列的成像光谱仪。为了减少粒子诱导的背景，光谱仪与低温反符合探测器（CryoAC）结合使用，放置在TES阵列下方不到1 mm处。最后的CryoAC单像素原型，即AC-S7和AC-S8，基于由65个并联的铱TES感测的大面积（1平方厘米）硅吸收体。采用这种设计可以提高非热声子的响应，并将其用作快速反符合标记。后一个样品还具有直接连接到TES的铝指网络，旨在进一步提高无热气流收集效率。在本文中，我们将报告使用AC-S8获得的主要结果，表明附加的指状物网络能够增加从脉冲的无热部分收集的能量（从AC-S7的6%增加到AC-S8的26%）。此外，指状设计能够防止准粒子在铝中复合，确保快速脉冲上升前沿（L/R限制）。在我们的路线图中，AC-S8原型是开发CryoAC演示模型（DM）之前的最后一步，该模型将是能够演示CryoAC开发计划中预期的关键技术的探测器。
2018-07-23 astro-ph.IM physics.ins-det
Using Ground-Based Telescopes to Mature Key Technologies and Advance Science for Future NASA Exoplanet Direct Imaging Missions
地面望远镜在过去二十年中一直在系外行星直接成像科学和技术发展方面发挥主导作用，并将在今后十年及以后继续发挥不可或缺的作用。极端自适应光学（AO）系统将推进焦平面波前控制和日冕照相术，增强WFIRST-CGI的性能并降低风险，同时验证性能要求并激励改进大气模型，以明确描述HabEx/LUVOIR太阳系类似物。超大型望远镜的专用仪器可能会提供类太阳恒星周围岩石行星的第一张热红外图像，为HabEx/LUVOIR提供许多系外地球候选者和关键的辅助信息，这些信息可以帮助澄清行星是否适合居住。
2018-03-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
A Great Successor to the Hubble Space Telescope
哈勃太空望远镜（HST）是NASA有史以来最具影响力的科学驱动任务。然而，当HST达到其生命的终点时，由于HST为世界各地的天文学家提供的一些科学能力的损失，将出现空白。上一次的2010年十年调查（DS）注意到了这一空白，认为需要在主报告中的三个不同的地方建立具有紫外能力的HST的继任者。190、203和220）。HST之后的大型战略任务，即JWST和WFIRST，将继续激发公众对天基天文学的兴趣。为了确保美国在大型天基天体物理学任务领域的持续领先地位，以及WFIRST之后的无缝过渡，未来的旗舰任务必须等待。预计到这一需求，NASA启动了四项大型战略任务概念研究（HabEx、LUVOIR、Lynx和Origins），这些研究都有成熟的设计，包括详细的技术评估和开发计划。其中两个概念，HabEx和LUVOIR，是对以前DS关于具有紫外线能力的飞行任务的建议的响应。两者都是HST的更强大的继任者，具有从显著增强到数量级改进的UV到光学能力。与此同时，过去十年的技术和科学进步直到现在才使将这样一项任务与一项可以在太阳系外寻找生命的任务结合起来成为可能。认识到Astro2020 DS必须考虑的限制可能难以预测，HabEx和LUVOIR研究提出了11种不同的变体，每种变体都能够实现突破性的科学，包括系外行星的直接成像和表征。HabEx和LUVOIR任务研究为Astro 2020 DS提供了一…
2019-08-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit (X-IFU)
高能天体物理学高级望远镜（雅典娜）上的X射线积分场单元（X-IFU）将提供0.2至12 keV的空间分辨高分辨率X射线光谱，在5弧分等效直径的视场内具有5弧秒像素，光谱分辨率为2.5 eV至7 keV。在本文中，我们首先回顾了雅典娜的核心科学目标，驱动X-IFU的主要性能参数，即光谱分辨率，视场，有效面积，计数率能力，仪器背景。我们还说明了一些天文台的科学目标的X-IFU的突破潜力。然后，我们简要描述了在2016年5月完成的任务整合审查时定义的X-IFU设计，并报告了其预测性能。最后，我们讨论了一些选项，以提高仪器的性能，同时不增加其复杂性和资源需求（例如计数率能力，光谱分辨率）。X-IFU将由法国、荷兰和意大利牵头的国际财团提供，比利时、芬兰、德国、波兰、西班牙、瑞士以及美国和日本的两个国际合作伙伴将提供进一步的欧空局成员国捐款。
2016-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Lynx Mission Concept Study Interim Report
Lynx是下一代天文台，它将为不可见的宇宙提供前所未有的X射线视野，以了解宇宙的起源和物理学。Lynx将看到黑洞的曙光，揭示是什么驱动星系形成和演化，并揭开恒星演化和恒星生态系统的充满活力的一面。Lynx科学有效载荷将使NASA现有旗舰Chandra和ESA计划中的Athena任务的能力实现根本性的进步和飞跃：通过将卓越的角分辨率与高吞吐量相结合，灵敏度提高100倍;亚弧秒成像的视场（FOV）扩大16倍;点状和扩展源的光谱分辨率提高10-20倍。Lynx设计参考任务旨在满足未来的科学目标，同时在适当的情况下利用数十年的经验，特别是从有效的，经过飞行验证的方法，设计选择以及为Chandra开发的任务操作软件和程序。虽然本报告中为Lynx概述的科学计划已经非常广泛，但天文台的设计将有足够的资源来执行许多其他计划，即使是那些今天没有预料到的计划。事实上，所有天文学家都可以将Lynx用于他们自己的特定科学。
2018-09-25 astro-ph.HE astro-ph.IM
Astro2020 Science White Paper: Science Platforms for Resolved Stellar Populations in the Next Decade
在过去的十年里，对已分辨的恒星星族的研究在探索暗物质的本质、揭示恒星形成、化学富集和银河系及附近星系的动力学历史以及探索从广义相对论到恒星结构的基础物理学方面取得了巨大的进步。大型调查对这些发现中最大的发现尤为重要。在未来十年，目前和计划中的调查将推动这些研究领域进一步通过各种各样的发现空间，给我们前所未有的看法到低表面亮度宇宙，高表面亮度宇宙，恒星的三维运动，时域，和化学丰度的恒星星族。这些发现空间将由各种各样的设施开放，包括持续的盖亚任务，LSST和WFIRST等成像机器，DESI，Subaru-PFS和MSE等大规模多路复用光谱平台，以及JWST，ELT和LUVOIR等高灵敏度和空间分辨率的望远镜。我们不知道这些设施中哪一个将在未来十年内被证明对解决恒星星族研究最关键。然而，我们可以预测，通过允许广泛的社区使用这些数据，它们成功的机会将最大化，许多科学发现将利用这些数据的组合，计算的进步将使它们产生的大型和复杂数据集的分析变得越来越复杂。我们建议Astro 2020 1）承认数据档案在未来十年将为恒星星族和其他科学发挥的关键作用，2）认识到计算技术的进步将为调查数据分析带来的机会，3）考虑投资科学平台技术，以实现这些机会。
2019-03-12 astro-ph.GA astro-ph.IM
Reducing the background in X-ray imaging detectors via machine learning
天文X射线探测器的灵敏度受到仪器背景的限制。当观测低表面亮度源时，背景尤其重要，这些低表面亮度源对于未来X射线观测站（包括雅典娜和未来美国领导的旗舰或探测级X射线任务）针对的许多科学案例至关重要。在2keV以上，背景主要是由宇宙射线与航天器和探测器相互作用引起的信号。我们开发了新的机器学习算法来识别下一代X射线成像探测器中的事件，并预测宇宙射线与天体物理X射线光子引起的事件的概率，从而增强对宇宙射线引起的背景的过滤。我们发现，通过学习由单一初级事件产生的次级事件之间的典型相关性，机器学习算法能够成功识别当前一代X射线任务中采用的传统过滤方法错过的宇宙射线诱导的背景事件，将未被拒绝的背景减少多达30%。
2022-08-16 astro-ph.IM
The Athena X-ray Integral Field Unit: a consolidated design for the system requirement review of the preliminary definition phase
雅典娜X射线积分单元（X-IFU）是高分辨率X射线光谱仪，自2015年以来一直在雅典娜空间X射线天文台上进行研究，该天文台是一个多功能天文台，旨在解决热和高能宇宙科学主题，于2013年11月由巡天科学委员会选定。基于一个大型的过渡边缘传感器（TES）阵列，它的目标是提供空间分辨X射线光谱，光谱分辨率为2.5 eV（高达7 keV）的六边形视场为5弧分（等效直径）。X-IFU于2022年6月进入系统需求审查（SRR），大约与此同时，由于Athena的意外成本超支，ESA要求对X-IFU进行整体重新设计（包括X-IFU低温恒温器和冷却链）。在本文中，在说明了X-IFU的突破性功能后，我们描述了其SRR中的仪器，浏览了所有子系统和相关要求。然后，我们展示了仪器预算，特别强调了其一些关键性能参数的预期预算。最后，我们简要讨论了正在进行的关键技术演示活动，校准和活动，预计在X-IFU仪器科学中心，并触及沟通和推广活动，联盟组织，最后对X-IFU的生命周期评估，旨在最大限度地减少环境足迹，与仪器的发展。由于迄今为止对X-IFU进行的研究，预计随着欧空局要求的按成本设计的工作，X-IFU将保持空间分辨高分辨率X射线光谱学方面的旗舰能力，从而能够保留雅典娜飞行任务中与X-IFU有关的大多数原始科学目标。（节略）。
2022-11-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Hot and Energetic Universe: A White Paper presenting the science theme motivating the Athena+ mission
这份白皮书，提交给最近的欧空局呼吁科学主题，以确定其未来的大型任务，主张需要一个转型的飞跃，我们的理解在天体物理学的两个关键问题：1）普通物质如何组装成大尺度结构，我们今天看到的？2)黑洞是如何成长和塑造宇宙的？星系团、星系群和星系际介质中的热气体主导着本宇宙的重子含量。为了了解这些大型结构形成和组装的天体物理过程，有必要测量它们的物理性质和演化。这需要空间分辨X射线光谱仪，与目前计划的设施相比，望远镜吞吐量和空间分辨能力都增加了10倍。来自超大质量黑洞的反馈是这一过程和大多数星系演化模型中的一个重要组成部分，但它还没有得到很好的理解。X射线观测可以独特地揭示在黑洞附近发射风的机制，并确定更大尺度上能量和物质流的耦合。由于反馈的影响，要完全了解星系演化，就需要了解超大质量黑洞在宇宙时间中的模糊增长，直到第一个星系形成的红移。X射线发射是揭示吸积黑洞的最可靠方法，但深度调查速度必须比现有设施提高100倍，才能对早期宇宙进行全面普查。高能天体物理学高级望远镜（雅典娜+）任务提供了解决这些问题的必要性能（例如角分辨率、光谱分辨率、巡天把握），并彻底改变了我们对炽热高能宇宙的理解。这些能力还将提供一个强大的天文台，用于天体物理学的所有领域。
2013-06-10 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.HE
Joint Survey Processing of Euclid, Rubin and Roman: Final Report
Euclid，Rubin/LSST和Roman（WFIRST）项目将在未来十年进行旗舰光学/近红外调查。通过绘制数千平方度的天空图和覆盖0.3至2微米之间的亚角秒分辨率的电磁波谱，这些项目将探测数百亿个源，使天文学界能够进行广泛的天体物理学调查，并对暗能量和暗物质的性质提供前所未有的限制。这些飞行任务最终产生的宇宙学、天体物理学和时域科学成果将需要像素级的联合测量处理功能，这超出了个别测量项目的范围。JSP的工作范围在这里服务于两个高层次的目标：1）在整个天空区域提供精确的一致性多波长图像和目录，这些调查重叠，这说明了源混淆和不匹配的等照度线，和2）提供一个科学平台来分析一致性图像和目录，使广泛的天体物理科学目标能够由研究界制定和解决。JSP将允许美国（和国际）天文学界操纵旗舰数据集，并进行创新的科学调查，从太阳系物体特征，系外行星探测，附近星系旋转速率和暗物质属性，到再电离研究时代。它还将允许对宇宙学参数和暗能量性质的最终约束，其不确定性要小得多，并且比单独进行任何一次调查都更好地处理系统学。
2020-08-24 astro-ph.CO astro-ph.IM
Reproducibility and monitoring of the instrumental particle background for the X-Ray Integral Field Unit
X射线积分场单元（X-IFU）是未来X射线观测站\textsl{Athena}上的低温成像光谱仪。通过3840个交流偏置过渡边缘传感器（TES）的六边形阵列，它将在0.2 - 12 keV带通范围内提供具有前所未有的高光谱分辨率（2.5 eV至7 keV）的窄场观测（5 $^{\prime}$等效直径）。在整个观察过程中，X-IFU将面对各种X射线背景源。特别是高能宇宙射线与仪器相互作用产生的非X射线背景（NXB），可能导致仪器在观测微弱扩展源（如星系团外围）时灵敏度下降。为了限制这种影响，将在探测器平面下方放置一个低温反符合探测器（CryoAC），以将NXB水平降低到所需水平$5 \times 10^{-3}$ cts/s/cm $^{2}$ /keV（2 - 10 keV）。在这篇文章中，我们研究了准确监测NXB并确保飞行中最高再现性的方法。使用限制科学的情况下，背景占主导地位的观测星系团的郊区，我们证明了一个再现性的绝对知识的背景是需要执行驾驶的科学目标，如测量丰度和湍流的郊区。通过封闭观测对飞行中的NXB进行监测，将使用探测器的CryoAC或配套仪器（宽视场成像仪）来满足这一要求。
2018-07-04 astro-ph.HE astro-ph.IM
BlueMUSE: Project Overview and Science Cases
我们提出了BlueMUSE的概念，一个蓝色优化，中等光谱分辨率，全景积分场摄谱仪的基础上的MUSE的概念，并提出了甚大望远镜。与MUSE相比，BlueMUSE的优化透射率低至350 nm，FoV（1.4 x 1.4 arcmin $^2$）更大，光谱分辨率更高，BlueMUSE将开辟一个新的银河系和河外科学案例范围，超出MUSE的特定能力。例如，对我们银河系和本星系群中的大质量恒星进行调查将使已知的大质量恒星数量增加到$>$ 100倍，以回答有关其演化的关键问题。BlueMUSE的深场观测也将显著增加莱曼α发射体的样本，跨越宇宙正午时代。这将彻底改变对遥远宇宙的研究：允许星系际介质在发射中被明确地检测到，从而能够研究星系及其周围环境之间的重子交换。到2030年，当大多数新的大型设施（ELT，JWST）的重点将放在红外线上时，BlueMUSE将成为一个独特的设施，在蓝色/紫外线方面优于任何ELT仪器。它将与ELT，JWST以及ALMA，SKA，Euclid和Athena产生强大的协同作用。
2021-11-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
The Detailed Science Case for the Maunakea Spectroscopic Explorer: the Composition and Dynamics of the Faint Universe
MSE是一个11.25米口径的天文台，具有1.5平方度的视野，将完全致力于多目标光谱学。超过3200根光纤将为以低（R ~ 2000 - 3500）和中等（R ~ 6000）光谱分辨率工作的光谱仪馈电，大约1000根光纤将为以高（R ~ 40000）分辨率工作的光谱仪馈电。MSE的设计目的是在星际和星系间介质的层析成像测绘、厚盘和晕星的原位化学标记、星系与其大尺度结构的连接、测量星系和星系团尺度宿主中冷暗物质次晕的质量函数、类星体中超大质量黑洞的反射测绘等不同领域实现变革科学;下一代宇宙学调查使用红移空间扭曲和特殊速度。MSE是当前和下一代多波长成像调查的重要后续设施，包括LSST，Gaia，Euclid，WFIRST，PLATO和SKA，旨在补充和超越其他计划和当前光谱能力的科学目标，如VISTA/4 MOST，WHT/WEAVE，AAT/HERMES和Subaru/PFS。它是E-ELT，TMT和GMT的理想馈线设施，并提供了宽视场成像和小视场精密天文学之间缺失的环节。MSE针对宇宙中最微弱源的高通量、高信噪比观测进行了优化，通过观测站的专用操作模式确保了高质量校准和稳定性。（节略）
2016-05-31 astro-ph.GA astro-ph.IM
The THESEUS space mission concept: science case, design and expected performances
THESEUS是一个空间飞行任务概念，旨在利用伽马射线暴研究早期宇宙，并在多信使和时域天体物理学方面取得重大进展。这些目标将通过一种独特的仪器组合来实现，这种组合允许在广阔的视野内进行伽马射线暴和X射线瞬态探测（大于1 sr），具有0.5-1弧分局域化，能带从几MeV延伸到0.3 keV，对软X射线域中的瞬态源具有高灵敏度，以及机载即时（几分钟）跟进与0.7米级红外望远镜的成像和光谱能力。忒修斯将完全适合于解决宇宙学中的主要开放问题，例如，恒星形成率和恒星间和银河系内介质的金属丰度演化，直至红移$\sim$ 10，Pop III恒星的特征，再电离的来源和物理学，以及星系光度函数的暗端。此外，它将提供前所未有的能力来监测X射线变化的天空，从而检测，定位和识别引力辐射源的电磁对应物，这可能在20年代末/30年代初由下一代设施如aLIGO/ aVirgo，eLISA，KAGRA和爱因斯坦望远镜进行常规检测。THESEUS还将与下一代多波长观测站（例如，LSST、ELT、SKA、CTA、ATHENA）。
2018-03-27 astro-ph.HE astro-ph.IM
Science with e-ASTROGAM (A space mission for MeV-GeV gamma-ray astrophysics)
e-ASTROGAM（增强型ASTROGAM）是一项突破性的天文台空间任务，其探测器由硅跟踪器、量热计和反符合系统组成，专门用于研究光子能量范围从0.3 MeV到3 GeV的非热宇宙-跟踪器的能量下限可低至150 keV，量热探测器的能量下限可低至30 keV。该任务以先进的空间验证探测器技术为基础，具有前所未有的灵敏度、角度和能量分辨率，并具有偏振测量能力。由于其在MeV-GeV域的性能，大大改进了其前身，e-ASTROGAM将打开一个关于非热宇宙的新窗口，对最强大的银河系和河外源进行开创性的观测，阐明其相对论流出的性质及其对周围环境的影响。由于在MeV能量范围内的线灵敏度比上一代仪器高出一到两个数量级，e-ASTROGAM将确定关键同位素的起源，这对于理解超新星爆炸和银河系的化学演化至关重要。该任务将为广大天文学界提供具有重大意义的独特数据，与LIGO-Virgo-GEO 600-KAGRA、SKA、ALMA、E-ELT、TMT、LSST、JWST、Athena、CTA、IceCube、KM 3 NeT和LISA等强大的天文台相辅相成。
2018-08-08 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
