[論文レビュー] Charting the TeV Milky Way: H.E.S.S. Galactic plane survey maps, catalog and source populations

S. Carrigan, F. Brun+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、ナミビアに位置するH.E.S.S.チェレンコフ望遠鏡アレイから得られた2,800時間のデータを用いて、銀河平面における深さと高感度なVHE（非常に高エネルギー）ガンマ線サーベイであるH.E.S.S.銀河平面サーベイ（HGPS）を提示する。本サーベイは、60個以上のTeVガンマ線源を含む初の包括的カタログを提供し、点源に対して2% Crabまたはそれ以下の感度を達成しており、パルサー風超新星残骸（PWN）や超新星残骸（SNR）といった多様な集団を同定した。特に、ハドロン的放射メカニズムを示すW49Bや未解明の放射メカニズムを示すHESS J1641−463といった重要な発見がなされた。

ABSTRACT

Very-high-energy (VHE, E>100 GeV) gamma-rays provide a unique view of the non-thermal universe, tracing the most violent and energetic phenomena at work inside our Galaxy and beyond. The latest results of the H.E.S.S. Galactic Plane Survey (HGPS) undertaken by the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes located in Namibia, are described here. The HGPS aims at the detection of cosmic accelerators with environments suitable for the production of photons at the highest energies and has led to the discovery of an unexpectedly large and diverse population of over 60 sources of TeV gamma rays within its current range of l = 250 to 65 degrees in longitude and |b|<3.5 degrees in latitude. The data set of the HGPS comprises 2800 hours of high-quality data, taken in the years 2004 to 2013. The sensitivity for the detection of point-like sources, assuming a power-law spectrum with a spectral index of 2.3 at a statistical significance of 5 sigma, is now at the level of 2% Crab or better in the core HGPS region. The latest maps of the inner Galaxy at TeV energies are shown alongside an introduction to the first H.E.S.S. Galactic Plane Survey catalog. Finally, in addition to an overview of the H.E.S.S. Galactic source population a few remarkable, recently discovered sources will be highlighted.

研究の動機と目的

• 本研究では、我々の銀河に存在する宇宙線加速源を同定することを目的として、銀河の内側の領域における、最も深く、最も包括的なVHEガンマ線サーベイを実施する。
• 高感度のイメージング大気チェレンコフ望遠鏡データに対して、先進的なバックグラウンド抑制および源検出技術を開発する。
• 銀河平面におけるVHE源の高精度な公的カタログを構築し、集団研究を可能にする。
• 特にパルサー風超新星残骸（PWN）および超新星残骸（SNR）に関連する源と関連する、以前に未知であったもしくは未解明のTeV源を同定・特徴づける。
• 多波長比較を可能にし、特に対応する対象が曖昧な源の放射メカニズムを検証する。

提案手法

• 本サーベイは、ナミビアに位置する4台のイメージング大気チェレンコフ望遠鏡から得られた2,800時間の高品質データを用いる。
• 画像の形状とシャワーのパラメータに基づく多変量解析手法を用い、ガンマ線起源のイベントと宇宙線バックグラウンドを区別する。
• バックグラウンド推定には、既知の源の周囲を除外する適応的リング手法を採用する。
• 点源検出のための有意性マップは、0.1°の相関半径を用い、事前試験の有意水準を設定する。
• 統計的有意性および源の形状に基づく検出基準を用いて、マップを処理するソフトウェアパイプラインを用いてカタログを生成する。
• 感度は、スペクトル指数2.3の点源に対して5σの有意水準で2% Crabまたはそれ以下として定量化される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河平面におけるVHEガンマ線源の分布および集団は、特に経度範囲l = 250°から65°および|b| < 3.5°の範囲でどのように分布しているか？
• RQ2 H.E.S.S.サーベイの感度は、過去のサーベイと比較してどの程度であり、微弱な点源の検出能力はいかがなものか？
• RQ3 W49B や HESS J1641−463 といった未解明のVHEガンマ線源の放射メカニズムは、どのような物理的メカニズムに起因しているか？
• RQ4 VHEガンマ線源は、既知のX線、電波、GeV対応源とどの程度相関しているか？これは放射メカニズムにどのような示唆をもたらすか？
• RQ5 H.E.S.S.銀河平面サーベイのデータセットは、銀河系におけるVHE源の集団研究を確実に可能にするか？

主な発見

• H.E.S.S.銀河平面サーベイは、サーベイ領域内で60個以上のVHEガンマ線源を検出しており、これは銀河系内におけるTeV源の既知の集団を顕著に拡大した。
• スペクトル指数2.3の点源に対して、2% Crabまたはそれ以下の感度を達成しており、これは過去のサーベイと比較して顕著な感度向上を示している。
• HESS J1303−631は、パルサーPSR J1301−6305と関連する進化したパルサー風超新星残骸（PWN）として同定され、エネルギー依存の形状およびXMM-NewtonのX線観測により確認された。
• W49Bは、密度の高い分子雲と相互作用するハドロン的放射を示す超新星残骸として確認され、GeVおよびTeVエネルギー領域のスペクトルが一貫しており、この状況を支持する。
• HESS J1641−463は未解明のままであり、広がりのあるX線特徴は検出されなかったが、電波超新星残骸内に位置し、小型であるため、PWNまたは連星系との関連が示唆される。
• 本サーベイのマップとカタログは、公に公開されており、銀河平面におけるVHE源の初の大規模な集団研究を可能にした。