[論文レビュー] A New Population of Ultra-High-Energy Gamma-Ray Sources Detected by HAWC

A. U. Abeysekara, A. Albert+97 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、ハイ・アラニチュード・ウォーター・チェレンコフ（HAWC）観測所のデータを用いて、56 TeVおよび100 TeVを超える超高エネルギーγ線源の最初のカタログを提示する。56 TeVを超える銀河系内源が9つ、100 TeVを超えるエネルギーで放射する源が3つ特定され、これまでで最も高いエネルギー帯域のγ線源カタログを構築した。これは、のちにペバトロン（PeVatron）が銀河系内に存在する可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present the first catalog of gamma-ray sources emitting above 56 and 100 TeV with data from the High Altitude Water Cherenkov (HAWC) Observatory, a wide field-of-view observatory capable of detecting gamma rays up to a few hundred TeV. Nine sources are observed above 56 TeV, all of which are likely Galactic in origin. Three sources continue emitting past 100 TeV, making this the highest-energy gamma-ray source catalog to date. We report the integral flux of each of these objects. We also report spectra for three highest-energy sources and discuss the possibility that they are PeVatrons.

研究の動機と目的

• HAWCデータを用いて、56 TeVを超える超高エネルギーγ線源を特定・特徴づけること。
• 100 TeVを超えるエネルギーで放射する源の起源およびスペクトル的性質を特定すること。
• 一部の源がペバトロン（PeVエネルギーの粒子を生成可能な宇宙空間の加速器）である可能性を調査すること。
• これらの極端なエネルギー帯域における源について、最初の積分フラックス測定とスペクトルエネルギー分布を提供すること。

提案手法

• 高高度に位置する広視野型γ線検出器としてのハイ・アラニチュード・ウォーター・チェレンコフ（HAWC）観測所の利用。
• 観測所から得られたデータを用いて、56 TeVおよび100 TeVを超えるγ線イベントの解析。
• 非常に高エネルギー帯域における背景閾値を超える源の同定に統計的手法を適用。
• 最も高エネルギーの3つの源のスペクトルフィッティングを行い、エネルギー依存のフラックスを導出し、放射メカニズムの評価を実施。
• 観測されたスペクトルをペバトロン駆動源の理論的期待値と比較。
• 各源について、56 TeVおよび100 TeVを超える全エネルギー帯域での総放射量を定量化するための積分フラックス測定の活用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 56 TeVを超えるエネルギーでγ線を放出する銀河系内源は存在するのか。そのフラックスはいかほどか。
• RQ2 どの源が100 TeVを超えて放射を継続しているのか。そのスペクトルは、起源について何を示唆しているか。
• RQ3 最も高エネルギーの源の観測スペクトルは、ペバトロン加速メカニズムによって説明可能か。
• RQ4 これらの源の積分フラックスは、宇宙線加速器の理論的予測と比べてどう異なるか。
• RQ5 100 TeVを超えるエネルギー帯域での源の検出は、銀河系内粒子加速の文脈でどのような意味を持つのか。

主な発見

• 56 TeVを超えるエネルギー帯域で9つのγ線源が検出され、すべてが銀河系起源であるとされる。
• そのうち3つの源が100 TeVを超えるエネルギーで放射を示し、これまでで最も高いエネルギー帯域のγ線源カタログを確立した。
• 各源について56 TeVを超えるエネルギー帯域での積分フラックスが測定され、放射強度に関する定量的制約が得られた。
• 最も高エネルギーの3つの源についてスペクトルが導出され、ペバトロン活動の可能性に一致する硬いスペクトル指数が示された。
• 観測されたフラックスおよびスペクトルから、これらの源がPeVエネルギーの粒子を生成可能な宇宙加速器によって駆動されている可能性が示唆された。
• 結果は、一部の銀河系内源がペバトロンである可能性を支持するが、確認のためにはさらなる多波長およびマルチメッセンジャースタディが不可欠である。