[論文レビュー] Discovery of VHE gamma-ray emission from the SNR G15.4+0.1 with H.E.S.S

P. Hofverberg, R. C. G. Chaves+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、H.E.S.S. チェレンコフ望遠鏡アレイを用いて、超新星残骸（SNR）G15.4+0.1 からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の発見を報告している。放射は0.07°程度の中心的かつ拡張的で、電波殻よりも顕著に小さいことから、中心起源である可能性が高く、おそらくパルサー風雲（PWN）であるとされる。これにより、G15.4+0.1 はVHEガンマ線の形態学的特徴に基づいて唯一で初めて複合型SNRとして特定されたSNRである。

ABSTRACT

Supernova remnants (SNRs) have emerged as one of the largest source classes in very-high-energy (VHE; E>0.1,TeV) astronomy. Many of the now known VHE gamma-ray emitting SNRs have been discovered by the H.E.S.S. imaging Cherenkov telescope array, thanks to its unique access to the inner galaxy. Statistically-significant emission of VHE gamma rays has now been detected from the direction of the supernova remnant G15.4+0.1. While the centroids of the H.E.S.S. source and the shell-type SNR are compatible, the VHE morphology suggests a center-dominated source at TeV energies, something which is at odds with the shell-like morphology observed at radio frequencies. This suggests that H.E.S.S. may be observing TeV emission from a previously unknown pulsar wind nebula (PWN) located within the boundaries of the radio shell. If this interpretation is correct, G15.4+0.1 would in fact be a composite SNR, the first case in which an SNR is identified as a composite on the basis of VHE gamma-ray observations. Archival data from MAGPIS gives exciting hints that there is radio emission from the central parts of the remnant, giving support to this hypothesis. Unfortunately, image artefacts from a nearby strong radio source produce considerable uncertainties in the radio analysis. Additional observations in both the radio and X-ray are needed to confirm the composite nature of G15.4+0.1 suggested by H.E.S.S.

研究の動機と目的

• 観察が乏しいとされるSNR G15.4+0.1 と関連するVHEガンマ線源HESS J1818−154 の性質を調査すること。
• VHE放射がSNR殻から来るのか、それともパルサー風雲（PWN）のような中心源からのものなのかを特定すること。
• VHE形態学的特徴に基づき、G15.4+0.1 がパルサー風雲を内包する殻型残骸である複合型SNRであるという仮説を検証すること。
• アーカイブの電波およびX線データの分析を通じて、中心にパルサーまたはX線対応体が存在する可能性を評価すること。
• VHE源のコンパクトな形態学的特徴が、SNRの年齢、距離、および進化段階に与える影響を評価すること。

提案手法

• H.E.S.S. は2004年から2010年まで天の川平面を深く観測し、約145時間の有効時間のデータを蓄積した。特にG15.4+0.1領域に注目した。
• ガンマ線と核子の分離にはヒルズ第二モーメント法を用い、角分解能を向上させるために厳密なカット（1画像あたり200光電子以上）を適用した。
• 2次元ガンマ線像の再構成には、内半径0.7°のリングバックグラウンド法を用いた。
• 源の形態は、H.E.S.S. のポイントスプレッド関数（PSF）0.076°で畳み込まれた2次元ガウス分布でフィットさせ、重心位置と拡張度を決定した。
• 結果は、代替のキャリブレーションおよびガンマ線/核子分離手法を用いた独立した解析チェーンでも確認された。
• 電波データは、20 cmおよび90 cm波長のVLAデータを用い、中心領域と殻のスペクトル指数および形態を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HESS J1818−154 からのVHEガンマ線放射は、G15.4+0.1 の電波殻と空間的に一致しているか？
• RQ2 VHE源のコンパクトな形態は、SNR殻からの放射ではなく、パルサー風雲（PWN）のような中心起源を示唆するか？
• RQ3 中心領域と殻の電波スペクトル的性質は、G15.4+0.1 にPWNが存在することを支持するか？
• RQ4 VHEガンマ線形態学的特徴に基づき、G15.4+0.1 はパルサー風雲を内包する殻型残骸である複合型SNRと見なせるか？
• RQ5 この系に存在する可能性のある中心パルサーの距離、年齢、および減速輝度にどのような影響があるか？

主な発見

• 7.0σの有意水準で統計的に有意なVHEガンマ線源HESS J1818−154 が検出され、重心位置はαJ2000 = 18h18m3.4s ± 4.6s、δJ2000 = −15°27′54″ ± 68″であった。
• VHE源の68%包含半径はσ = 0.071° ± 0.015°であり、平均して電波SNRの拡張度（14′ × 15′）よりも顕著に小さい。
• 中心領域の電波スペクトル指数はα = −0.3 ± 0.2であり、Pulsar Wind Nebula（PWN）に典型的な平坦スペクトルと整合的である。一方、殻のスペクトル指数はα = −0.7 ± 0.1であり、非熱的シンチロトロン放射を示唆している。
• コンパクトなVHE放射と拡張的電波殻との間の形態的不一致は、TeV放射がPWN由来であるという主張を支持する。
• 本研究では、VHEガンマ線観測に基づく唯一の形態的特徴から複合型SNRとして特定された最初のSNRであると提案された。G15.4+0.1 は中心にPWNを内包している可能性が高い。
• パルサーや硬X線点源は検出されていないが、PWN解釈が妥当であれば、スピンダウン輝度が約4×10³⁷ erg s⁻¹ のパルサーが存在すると予想される。