[論文レビュー] Detection of Gamma-Rays above 1.5 TeV from Mkn 501

S. M. Bradbury, T. Deckers+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、HEGRA Cherenkov望遠鏡アレイを用いて、1.5 TeVを超えるエネルギーで最初のTeVガンマ線の検出をMkn 501で報告している。5.2σの有意水準と1.5 TeVを超えるエネルギーで積分した全粒子線密度が2.3 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹である結果から、Mkn 501が明るいTeV源であることが確認され、スペクトル指数は2.6 ± 0.5であり、カブスネビュラと同等のものだが、線密度は2.2〜3.6倍低い。

ABSTRACT

A detection of TeV $γ$-rays from Mkn 501 is reported, based on observations made between March and August 1996 with the first HEGRA Cherenkov telescope (CT1). From the image analysis, 351 excess candidate $γ$-ray events are obtained from the 147 h dataset. The statistical significance of the excess is 5.2 $σ$. The average excess rate is $2.4 \pm 0.5$ h$^{-1}$ above the $\approx$ 1.5 TeV threshold of CT1. Under the assumption that the spectrum of Mkn 501 follows a power law we find a differential spectral index of 2.6$\pm0.5$ and obtain a time-averaged integral flux above 1.5 TeV of $2.3 (\pm0.4)_{Stat} (+1.5-0.6)_{Syst} imes 10^{-12}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$. Comparison with our near contemporary observations of the Crab Nebula, used as a standard candle to test CT1 after upgrading to a 127 pixel camera, indicates that Mkn 501 has a spectrum similar to that of the Crab Nebula above 1.5 TeV. The integral flux above 1.5 TeV from Mkn 501 is found to have been between 2.2 and 3.6 times smaller than that from the Crab Nebula. HEGRA is the second experiment to have detected Mkn 501 in the TeV range.

研究の動機と目的

• 1.5 TeVを超える非常に高エネルギーのガンマ線放射を、ブラーざるMkn 501から検出すること。
• TeVエネルギー領域におけるMkn 501のスペクトル的性質と線密度を測定すること。
• 標準的天体的基準源として用いられるカブスネビュラと比較して、Mkn 501のTeV放射を評価すること。
• カメラ交換後のアップグレード版HEGRA CT1望遠鏡の性能を検証すること。

提案手法

• 観測は1996年3月から8月にかけて、最初のHEGRA Cherenkov望遠鏡（CT1）を用いて実施された。
• 空気シャワーから発生するチェレンコフ光パターンの画像解析を用いて、ガンマ線候補を同定した。
• 1.5 TeVのしきい値を超える過剰イベントを抽出するために、147時間分のデータセットを解析した。
• 標準的手法を用いて過剰の統計的有意水準を計算し、5.2σの結果が得られた。
• ガンマ線スペクトルに対してパワー則モデルを仮定し、スペクトル指数と積分線密度を導出した。
• 機器応答のキャリブレーションおよび線密度レベルの比較のため、カブスネビュラを基準源として用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mkn 501は1.5 TeVを超えるエネルギーでTeVガンマ線源として検出可能か？
• RQ2 Mkn 501のTeV帯域におけるスペクトル形状と線密度レベルは何か？
• RQ3 Mkn 501のTeV線密度はカブスネビュラと比べてどうか？
• RQ4 背景に対して観測されたガンマ線過剰は、統計的に有意か？
• RQ5 127画素カメラのアップグレード後のHEGRA CT1望遠鏡システムは、信頼性を持って動作するか？

主な発見

• 1.5 TeVのしきい値を超える過剰なガンマ線候補イベントが合計351件検出され、統計的有意水準は5.2σであった。
• 1.5 TeVを超える平均過剰ガンマ線率は2.4 ± 0.5 h⁻¹であった。
• Mkn 501の微分スペクトル指数は、パワー則スペクトルに対して2.6 ± 0.5と決定された。
• 1.5 TeVを超える時間平均積分線密度は2.3 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹であり、統計誤差17%、系統誤差30%を伴った。
• Mkn 501の線密度は、同じエネルギー範囲においてカブスネビュラの2.2〜3.6倍低かった。
• Mkn 501のスペクトル形状は、1.5 TeVを超える領域でカブスネビュラと一致しており、高エネルギー領域における同様の放射メカニズムを示唆している。