[論文レビュー] Association of Unidentified, Low Latitude EGRET Sources with Supernova Remnants

Steven J. Sturner, C. D. Dermer|arXiv (Cornell University)|Sep 16, 1994

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、最初のEGRETカタログに含まれる未解明の低緯度源が、特に電波で明るいシェル型超新星残骸（SNR）および1つのプレリオンと関連していると提案している。著者らは、これらの関連が偶然に起因する確率が1/2200未塔であると判明し、宇宙線陽子が残骸ガスと衝突することで発生するパイオン崩壊が観測されたガンマ線放射を説明するとし、超新星衝撃波による宇宙線加速が宇宙線源メカニズムであることを支持している。

ABSTRACT

We propose that some of the unidentified Galactic plane (-10 degrees < b < 10 degrees) sources listed in the first EGRET catalog (Fichtel et al. 1994) are associated with nearby supernova remnants. The probability that the association of strong EGRET sources with supernova remnants is due to chance alignment is found to be < 1/2200. Three of the most convincing associations are radio-bright, nearby shell remnants and a fourth is associated with a plerion. We examine possible gamma-ray production mechanisms and conclude that pion production and decay from high-energy protons interacting with the remnant gas could produce the gamma rays. The energetics of this process are in accord with theories of cosmic ray production through supernova shock acceleration. The identification of pion-decay features in the gamma-ray spectra of supernova remnants would support this interpretation.

研究の動機と目的

• 未解明の低緯度EGRET源と超新星残骸（SNR）との物理的関連を調査すること。
• 観測された空間的相関が統計的に有意であるのか、それとも偶然の一致によるものかを評価すること。
• 宇宙線加速理論に整合するSNR内でのガンマ線生成メカニズムを探索すること。
• 高エネルギー陽子が残骸ガスと相互作用することで生じるパイオン崩壊が、観測されたガンマ線放射を説明できるかを評価すること。

提案手法

• 銀河平面内（|b| < 10°）の29個の未解明EGRET源と142個の既知SNR間の空間的一致に関する統計的分析。
• EGRET源とSNRの間のランダムな一致確率の計算により、有意性の評価。
• SNR衝撃波面における高エネルギー陽子による中性子パイオン生成と崩壊を通じたガンマ線放射のモデル化。
• 候補関連のEGRETスペクトルとパイオン崩壊から予測されるガンマ線スペクトルの比較。
• 陽子加速および相互作用のエネルギー収支の評価を行い、超新星衝撃波加速モデルと整合するかを確認。
• 源の位置と放射度の主観測データセットとしてEGRET第一カタログ（Fichtel et al. 1994）の使用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 未解明のEGRET源と超新星残骸との空間的関連が、偶然の一致による確率はどの程度か？
• RQ2 宇宙線陽子がSNRガスと相互作用することで生じるパイオン崩壊が、観測されたガンマ線放射を説明できるか？
• RQ3 候補源のガンマ線スペクトルは、パイオン崩壊起源と整合的か？
• RQ4 必要な陽子エネルギーおよび相互作用率は、既知の超新星衝撃波加速メカニズムと整合するか？
• RQ5 シェル型残骸やプレリオンなどのSNRタイプのうち、EGRET源と最も強い関連を示すのはどれか？

主な発見

• EGRET源とSNRの観測された関連が偶然の一致によるものである確率は2200分の1未塔である。
• 最も説得力のある3つの関連は、電波で明るく近く、シェル型の超新星残骸と関連しており、1つはプレリオンと関連している。
• これらの源からのガンマ線放射は、残骸内の周囲ガスと衝突する高エネルギー陽子による中性子パイオン生成と崩壊と整合的である。
• 必要な陽子エネルギーおよび相互作用率は、超新星衝撃波加速モデルの枠組み内でエネルギー的に実現可能である。
• ガンマ線スペクトルにパイオン崩壊の特徴が確認されれば、この解釈を強く支持する。