[論文レビュー] AGN observations with a less than 100 GeV threshold using H.E.S.S. II

D. Zaborov, C. Romoli+4 more|arXiv (Cornell University)|Sep 22, 2015

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、H.E.S.S. IIのCT5モノテレスコープモードを用いて、AGN PKS 2155–304およびPG 1553+113の初のVHEガンマ線観測を報告し、100 GeV未満のエネルギー閾値を達成した。解析により両源においてスペクトルの非直線的曲がりが示され、PG 1553+113は100 GeVまで検出可能であり、141 GeVにおける光子指数は2.95 ± 0.23であった。これはCT5モノが低エネルギーVHE AGN研究において特異な感度を示していることを示している。

ABSTRACT

The recent addition of the 28 m Cherenkov telescope (CT5) to the H.E.S.S. array extended the experiment's sensitivity towards low energies. The lowest energy threshold is obtained using monoscopic observations with CT5, providing access to gamma-ray energies below 100 GeV. This is particularly beneficial for studies of Active Galactic Nuclei (AGN) with soft spectra and located at redshifts >= 0.5. Stereoscopic measurements with the full array (CT1-5) provide a better background rejection than CT5 Mono, at a cost of a higher threshold. We report on the analysis employing the CT5 data for AGN observations with a < 100 GeV threshold. In particular, the spectra of PKS 2155-304 and PG 1553+113 are presented.

研究の動機と目的

• H.E.S.S.アレイに新たに追加された28 mのCT5望遠鏡を用いて、100 GeV未満の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線AGN観測を拡張すること。
• エクストラギャラクティック背景光吸収が顕著に現れる、スペクトルがやや緩やかで赤方偏移が大きい（z ≥ 0.5）AGNを研究すること。
• 低エネルギーVHEガンマ線天文学におけるモノスコピックCT5データ解析の性能を検証すること。
• 100 GeV未満のエネルギー領域において、Fermi-LATとの補完的データを提供すること、特にスペクトルの曲がりや吸収特徴に焦点を当てる。

提案手法

• H.E.S.S. IIの28 m CT5望遠鏡からのモノスコピックデータを用い、フルステレオスコピックアレイよりも低いエネルギー閾値を実現した。
• モノスコピックイベントに適応した修正版モデル再構築アルゴリズムを採用し、チェレンコフシャワー像を半解析的シャワーモデルに最適化して尤度フィッティングを実施した。
• NSBGoodness変数によって制御される3つのカット設定（ローレイ、スタンダード、セーフ）を導入し、閾値、バックグラウンド抑制、系統誤差のバランスを最適化した。
• オンオフ法を用いたバックグラウンド除去を実施し、除外半径を設定。有意性マップとθ²分布を用いて妥当性を検証した。
• 画像ピクセル単位のフィッティングを実行するImPACT手法を用いて結果の妥当性を確認し、スペクトル測定の信頼性を裏付けた。
• ポイント精度、温度、湿度、トリガーレート、ピクセル機能性などの厳密なラン品質カットを適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H.E.S.S. CT5モノモードは、VHEガンマ線観測において100 GeV未満の信頼できるエネルギー閾値を達成できるか？
• RQ2 PKS 2155–304およびPG 1553+113のスペクトル形状は100 GeV未満でどのように変化するか、特にスペクトル曲がりの有無は？
• RQ3 測定されたスペクトルは、重複エネルギー範囲におけるFermi-LATおよび以前のH.E.S.S. Iデータとどのように一致するか？
• RQ4 高いバックグラウンドレベルを伴うにもかかわらず、モノスコピックCT5解析が、信頼性と系統的整合性を持つ測定を可能にする程度は？
• RQ5 両AGNで観測されたスペクトル曲がりは、高赤方偏移におけるエクストラギャラクティック背景光吸収によって一貫して説明可能か？

主な発見

• PKS 2155–304は100–136 GeVエネルギー領域で10σの有意性で検出され、再構築されたエネルギー閾値は約80 GeVであった。
• PG 1553+113のスペクトルはCT5モノデータを用いて100 GeVから500 GeVの範囲で測定され、141 GeVにおける「退化エネルギー」で光子指数2.95 ± 0.23の対数放物線的形状を示した。
• PG 1553+113のオンソース領域（θ² < 0.015 deg²）では27.4σの過剰信号が観測され、高有意度での検出を確認した。
• 141 GeVにおけるPG 1553+113の微分フラックスは(1.48 ± 0.07) × 10⁻⁹ cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹であり、以前のH.E.S.S.およびFermi-LAT測定と整合的であった。
• ImPACTによるクロスチェック解析により、スペクトル結果がモデル再構築法と優れた一致を示し、結果の信頼性が裏付けられた。
• 結果は一時的なものであるが、100 GeV未満のVHEガンマ線の天の川を調査するためのモノスコピックCT5観測の実現可能性と科学的価値を示している。