Planck HFI 仪器上高能粒子的表征与物理解释

Planck 高频仪器 (HFI) 于 2009 年 8 月至 2012 年 1 月期间，从第二拉格朗日点 (L2) 对天空进行了连续巡天。该仪器在 100 GHz 至 1 THz 的频率范围内运行，配备 52 个冷却至 100mK 的高阻抗辐射热测量计，具有前所未有的灵敏度，但也与宇宙辐射存在强耦合。在 L2 点，粒子通量约为 5 $cm^{-2} s^{-1}$，主要以入射到航天器上的质子为主。能量高于 40MeV 的质子可以穿透焦平面单元盒，导致两种不同的效应：宇宙射线与探测器直接相互作用导致原始数据中出现 glitches（在任务结束时造成约 15% 的数据丢失），以及在 100mK 的辐射热测量计板上产生热漂移，从而在低于 0.1Hz 的频率下增加非高斯噪声。HFI 联盟已付出巨大努力，以校正时间有序数据和最终 Planck 地图中的这种效应。本工作旨在提供对 HFI 仪器在轨观测到的 glitches 的物理解释。为达到此目标，我们利用质子和 $\alpha$ 粒子进行了多项地面实验，以测试粒子对 HFI 备用辐射热测量计的影响，相比在轨数据，这些实验对环境条件具有更好的控制。我们表明，数据中观测到的大部分 glitches 源于宇宙射线对支撑微加工辐射热探测器的硅芯片框架的撞击，其能量主要通过弹道声子和热扩散传播。我们将讨论这些结果对未来卫星任务的影响。