[論文レビュー] A Persistent High-Energy Flux from the Heart of the Milky Way : Integral's view of the Galactic Center

G. Bélanger, A. Goldwurm+7 more|ArXiv.org|Aug 4, 2005

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 67被引用数 52

ひとこと要約

本論文は、INTEGRAL衛星からの高エネルギーX線およびソフトガンマ線観測を提示しており、銀河中心におけるSgr A*から1弧分以内に位置する、持続的で拡散的で非熱的放射を示す領域を明らかにした。IsgriとXMM-Newtonのデータを統合した結果、20–400 keVの範囲で最初の正確な広帯域スペクトルが得られ、全放射度は(5.37 ± 0.21) × 10³⁵ erg s⁻¹であった。変動は顕著ではなく、この源は点状の物体ではなく、超新星残骸Sgr A Eastに関連すると考えられる、コンパクトで拡張した放射領域であると示唆される。

ABSTRACT

The Ibis/Isgri imager on Integral detected for the first time a hard X-ray source, IGR J17456-2901, located within 1' of Sgr A* over the energy range 20-100 keV. Here we present the results of a detailed analysis of ~7 Ms of Integral observations of the GC. With an effective exposure of 4.7 Ms we have obtained more stringent positional constraints on this HE source and constructed its spectrum in the range 20-400 keV. Furthermore, by combining the Isgri spectrum with the total X-ray spectrum corresponding to the same physical region around SgrA* from XMM data, and collected during part of the Integral observations, we constructed and present the first accurate wide band HE spectrum for the central arcmins of the Galaxy. Our complete analysis of the emission properties of IGR shows that it is faint but persistent with no variability above 3 sigma contrary to what was alluded to in our first paper. This result, in conjunction with the spectral characteristics of the X-ray emission from this region, suggests that the source is most likely not point-like but, rather, that it is a compact, yet diffuse, non-thermal emission region. The centroid of IGR is estimated to be R.A.=17h45m42.5, decl.=-28deg59'28'', offset by 1' from the radio position of Sgr A* and with a positional uncertainty of 1'. Its 20-400 keV luminosity at 8 kpc is L=5.4x10^35 erg/sec. Very recently, Hess detected of a source of ~TeV g-rays also located within 1' of Sgr A*. We present arguments in favor of an interpretation according to which the photons detected by Integral and Hess arise from the same compact region of diffuse emission near the central BH and that the supernova remnant Sgr A East could play an important role as a contributor of very HE g-rays to the overall spectrum from this region.

研究の動機と目的

• 長期間にわたるINTEGRAL観測を用いて、銀河中心からの高エネルギー放射を特徴づけること。
• 検出された高エネルギーX線源IGR J17456–2901が点状か拡張型か、時間経過による変動があるかを特定すること。
• INTEGRALとXMM-Newtonのデータを統合し、銀河中心領域における1 keVから400 keVまでの連続的広帯域スペクトルを構築すること。
• 高エネルギー放射の起源を解明し、特にHESSが検出したTeVガンマ線源やSgr A Eastといった既知の構造との関連を調査すること。
• 高温の熱的プラズマ、X線準周期的変動源、Sgr A*のフレア活動といった代替的説明を除外すること。

提案手法

• 2年間にわたるINTEGRAL Isgri観測データ（4.7 × 10⁶秒）を、20–400 keVエネルギー範囲に焦点を当てて分析した。
• 正確な天体測定（赤経 = 17h45m42.5s、赤緯 = -28°59′28″ J2000）を用いて、高エネルギーX線源IGR J17456–2901を電波源Sgr A*と照合した。
• IsgriデータとXMM-NewtonのX線スペクトル（1–10 keV）を統合し、銀河中心領域の連続的広帯域スペクトルを生成した。
• スペクトルフィッティング手法を用いて、放射を熱的または非熱的とモデル化し、有意水準（3σ）を用いて変動を評価した。
• 1E 1743.1–2853やSgr A Eastといった既知の源と比較し、それらが全フラックスに与える寄与度を評価した。
• JEM-Xデータ（3′分解能）を用いて点状放射の有無を検証したが、検出は得られず、これは拡散的放射源の解釈を支持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IGR J17456–2901の形態的特徴と変動性に基づいて、この高エネルギーX線源は点状か拡張型か？
• RQ2 銀河中心における持続的20–400 keV放射の起源は何か？ 既知の源と比較するとどうなるか？
• RQ3 観測されたスペクトルは、熱的プラズマ、X線準周期的変動源、またはSgr A*のフレア活動によって説明可能か？
• RQ4 INTEGRALとHESSがSgr A*付近で検出したTeVガンマ線源の間に物理的関連性があるか？
• RQ5 超新星残骸Sgr A Eastが高エネルギー放射の主因である可能性はあるか？

主な発見

• 高エネルギーX線源IGR J17456–2901は点状ではなく、数分角のサイズを有するコンパクトで拡散的な放射領域である。
• 2年間の観測期間中に3σ以上で顕著な変動は認められず、放射度は持続的であることが示された。
• IGR J17456–2901の20–400 keV放射度は、距離8 kpcの位置で(5.37 ± 0.21) × 10³⁵ erg s⁻¹であった。
• IsgriとXMM-Newtonのスペクトル統合により、さるびあ座複合体における高温の熱的プラズマが放射の主因であるとは考えられないことが判明した。
• 同様の連星系1E 1743.1–2853と比較して、この源の軟X線放射度は著しく低く、既知のX線準周期的変動源やSgr A*のフレア活動でも説明できない。
• 511 keV電子-陽電子消失ラインの3σ上限は1.9 × 10⁻⁴ ph cm⁻² s⁻¹に設定された。