Sensitivity of a Compton nanosatellite for Gamma-Ray Burst observation. Sensitività di un nanosatellite Compton per osservazioni di Gamma-ray Burst

Gamma-Ray Bursts (GRB) are of particular interest for multi-messenger astrophysics because they are associated with the production of gravitational waves (GW). The intrinsically unpredictable, short nature of the electromagnetic events make the joint detection of GWs and GRBs still rare. The solution that we explore is the use of one or more nanosatellites to augment the sky coverage for GRB events. In particular, we focus on a CubeSat nanosatellite with a small detector on board working in the MeV regime, from few keV to few MeV. The nanosatellites could play a key role in confirming and localizing the GRBs in response to alerts sent by detectors working with signals of different type. To evaluate the CubeSat sensitivity, we simulate the performance of the detector to GRBs with parameters taken from the 3th Fermi GBM catalog. Several assumptions were made in formulating the problem: the presence of an alert coming to the CubeSat, the need of confirming it at 3-sigma significance and localizing it, a fast procedure that could run unassisted. The short hard GRB 090510 and the faint GRB 170817 were studied in more detail to validate the procedure. I Gamma-ray Bursts (GRB) sono di particolare interesse per l'astrofisica multi-messenger in quanto sono associati alla produzione di onde gravitazionali. La natura imprevedibile, di breve durata e non localizzata dell'evento rende la misurazione simultanea di GRB e onde gravitazionali ad oggi ancora rara. La soluzione che consideriamo in questa tesi è l'uso di uno o più nanosatelliti per aumentare la copertura del cielo per osservazioni di GRB. In particolare, il nanosatellite CubeSat che studiamo lavorerà nel regime MeV, cioè ad energie che vanno da pochi keV a pochi MeV. Il nanosatellite potrebbe avere un ruolo chiave nel confermare e localizzare i GRB a seguito di segnali di allerta forniti da altri strumenti operanti con segnali di vario tipo. Al fine di valutare la sensitività di CubeSat abbiamo simulato GRBs con parametri tratti dal 3th Fermi GBM Catalog. Diverse assunzioni sono state utilizzate nel formulare il problema: la presenza di un segnale di allerta proveniente da altri strumenti (o generato internamente al nanosatellite), il bisogno di confermare il segnale con un livello di confidenza pari a 3-sigma e di localizzare la sorgente, una procedura veloce e automatizzabile. Il GRB 090510, intenso e hard, e il debole GRB170817 sono stati infine studiati in maggior dettaglio per validare la procedura