[論文レビュー] Anisotropy Constraints on Millisecond Pulsars in the Diffuse Gamma Ray Background

Jennifer M. Siegal‐Gaskins, Rebecca Reesman+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、フェルミが測定した等方的ガンマ線背景（IGRB）の非等方性に及ぼす解明不能なミリ秒パulsar（MSP）のエネルギー依存寄与を調査する。観測的に妥当なMSP集団モデルを用いて、初期フェルミ非等方性測定が、IGRB強度測定のみに比べて、MSPの存在度と典型的な放射束に対して約1桁の高い感度で制約を課していることを示し、MSPの非等方性シグナルがエネルギー依存性によって、大多数のダークマター候補と区別できることを示している。

ABSTRACT

Pulsars emerge in the Fermi era as a sizable population of gamma-ray sources. Millisecond pulsars (MSPs) constitute an older subpopulation whose sky distribution extends to high Galactic latitudes, and it has been suggested that unresolved members of this class may contribute a significant fraction of the measured large-scale isotropic gamma-ray background (IGRB). We investigate the possible energy-dependent contribution of unresolved MSPs to the anisotropy of the Fermi-measured IGRB. For observationally-motivated MSP population models, we show that the preliminary Fermi anisotropy measurement places an interesting constraint on the abundance of MSPs in the Galaxy and the typical MSP flux, about an order of magnitude stronger than constraints on this population derived from the intensity of the IGRB alone. We also examine the possibility of a MSP component in the IGRB mimicking a dark matter signal in anisotropy-based searches, and conclude that the energy dependence of an anisotropy signature would distinguish MSPs from all but very light dark matter candidates.

研究の動機と目的

• フェルミが測定した等方的ガンマ線背景（IGRB）の非等方性に及ぼす解明不能なミリ秒パulsar（MSP）の寄与を評価すること。
• 非等方性に基づく探索において、MSPがダークマター信号を模倣できるかどうかを評価すること。
• エネルギー依存の非等方性パターンがMSPとダークマター候補とをどのように区別できるかを特定すること。
• IGRB強度による制約を上回る非等方性データを用いて、MSP集団の性質に対する制約を強化すること。

提案手法

• 空間的分布と放射束関数を含む、観測的に妥当な銀河系ミリ秒パulsar（MSP）集団モデルの構築。
• 異なるエネルギー帯域におけるこれらのMSPモデル下でのIGRBの非等方性パワー スペクトルのシミュレーション。
• シミュレートされた非等方性を初期フェルミ非等方性測定と比較し、MSPパラメータを制約すること。
• 非等方性シグナルのエネルギー依存性を分析し、MSPとダークマター信号を区別すること。
• 非等方性が放射束と存在度に対してどれほど感度が高いかを評価し、IGRB強度測定のみに比べてより強い制約を導出すること。
• 観測された非等方性レベルとの整合性をテストすることで、MSPがIGRBの構成要素として成立するかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IGRBのエネルギー依存非等方性は、解明不能なミリ秒パulsarの集団特性をどの程度制約するか？
• RQ2 フェルミ非等方性測定は、IGRB強度測定に比べて、MSPの放射束と存在度の制約をどの程度向上させるか？
• RQ3 IGRBに含まれるMSP成分が、非等方性に基づく探索でダークマター信号を模倣できるか？
• RQ4 MSPの非等方性シグナルとダークマター候補のシグナルの主な差異は何か、特にエネルギー依存性の観点から。

主な発見

• 初期フェルミ非等方性測定は、IGRB強度のみから得られるものと比べて、MSP集団に対する制約を約1桁強いものにしている。
• MSPのエネルギー依存非等方性シグナルは、非等方性探索において、最も軽いダークマター候補を除くすべての候補と区別できる。
• 解明不能なMSPは大規模IGRB非等方性に顕著に寄与しており、観測された非等方性振幅によってその放射束と存在度が制約されている。
• IGRB強度測定に比べ、非等方性に基づくMSP制約は、典型的な放射束と集団密度に対してより感度が高い。
• 非等方性信号のエネルギー依存性は、MSPとダークマターの区別に鍵となるものであり、特に低質量ダークマター候補において顕著である。
• 観測された非等方性と整合するMSPモデルはきびしく制約されており、IGRBへのMSP寄与の許容パラメータ空間は著しく縮小されている。