[論文レビュー] Discovery of VHE gamma-rays from the radio galaxy PKS 0625-354 with H.E.S.S

Michał Dyrda, A. Wierzcholska+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 15被引用数 5

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、FRI電波銀河 PKS 0625-354 からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の検出を報告しており、250 GeV 以上のエネルギーで 6.1σ の有意性を示し、VHE放射源としての同定を確認した。VHEスペクトルは、光子指数 2.8 ± 0.5 のべき乗則に従い、580 GeV 以上の積分放射度は (8.7 ± 3.2) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹ である。これは、ブルーズァーとは異なる特徴を示すVHE放射を発する電波銀河の新たなクラスに貢献するものである。

ABSTRACT

Most of the extragalactic objects detected so far in the very high energy (VHE) regime are blazars, but the discovered nearby radio galaxies: M87, Cen A and NGC 1275 of type FRI seem to constitute a new class of VHE emitters. The radio galaxy PKS 0625-354 was observed and detected ($\sim$6$σ$) with the H.E.S.S. phase I telescopes in 2012, above an energy threshold of 250 GeV. The time-averaged VHE energy spectrum is well characterized by a power law model. The broad-band light curve, including the available multiwavelength data, as well as the VHE data gathered with H.E.S.S. will be presented.

研究の動機と目的

• 近接したFRI電波銀河（PKS 0625-354を含む）が非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線を放出するかどうかを調査し、非ブルーズァー系の銀河的VHE放射源の既知の集団を拡張すること。
• 通常のブルーズァーとは異なり、より大きな傾斜角で観測される電波銀河を用いて、ブルーズァー序列モデルを検証し、ジェット放射メカニズムに関する補足的視点を提供すること。
• 既知のVHE放射を発する電波銀河のサンプルを増やすことで、非ブルーズァー活動銀河核が宇宙背景ガンマ線放射に果たす寄与を評価すること。
• Fermi-LAT、Swift、地上望遠鏡による光学監視を含む多波長データを用いて、PKS 0625-354 の全波長スペクトルエネルギー分布（SED）を特徴づけること。

提案手法

• H.E.S.S. フェーズIの4台の像式大気チェレンコフ望遠鏡が、0.5°のオフセットをとったウッブルモードで2012年の良質データ5.5時間にわたりPKS 0625-354を観測した。
• データは標準的なカットを適用したモデル解析チェーンを用いて分析され、過剰信号の有意性は、二乗角距離（θ²）のオンソースおよびオフ領域分布を用いて計算された。
• VHEガンマ線スペクトルは、dN/dE = N₀(E/E₀)⁻Γ のべき乗則モデルでフィットされ、Γ = 2.8 ± 0.5、およびE₀ = 0.58 TeVにおける正規化N₀ = (2.77 ± 0.70) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹ であった。
• ImPACTイベント再構成アルゴリズムによる独立的解析がスペクトルフィットを確認し、結果の妥当性を裏付けた。
• MJD 54622 から 56778 までのFermi-LATデータは、銀河および銀河外の拡散背景をモデル化したバッチ最大尤度法を用いて分析された。
• Swift X線およびUVデータはHEASoftおよびXSPECを用いて処理され、固定された銀河間水素吸収密度 6.5 × 10²⁰ cm⁻² が設定された。光学監視はRバンドでATOM望遠鏡を用いて実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PKS 0625-354 はVHEガンマ線放射源として検出可能であるか？その有意性とスペクトル的特徴は何か？
• RQ2 HE、VHE、X線、UV、光学データを含むPKS 0625-354の全波長SEDは、電波銀河およびブルーズァーの理論的モデルとどのように比較されるか？
• RQ3 観測期間中にVHE、HE、X線、または光学バンドで変動の兆候が認められるか？
• RQ4 Fermi-LATによるHE放射のスペクトル形状は、対数放物線型モデルかべき乗則モデルかを支持するか？これは源の放射メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 PKS 0625-354からのVHE放射の検出は、ブルーズァーとは異なる特徴を示すVHE放射を発する電波銀河の新たなクラスの存在を支持するか？

主な発見

• H.E.S.S. アレイを用いた観測により、250 GeV 以上のエネルギーで 6.1σ の有意性を示し、PKS 0625-354 がVHEガンマ線放射源として検出された。
• VHEエネルギースペクトルは、光子指数 2.8 ± 0.5 のべき乗則モデルでよく記述され、参照エネルギー 0.58 TeV における正規化は (2.77 ± 0.70) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹ であった。
• 580 GeV 以上の積分放射度は (8.7 ± 3.2) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹ であり、H.E.S.S. クラブネビュラの放射度のおよそ4%に相当する。
• H.E.S.S. 観測期間中にVHEバンドで顕著な変動は検出されず、定常放射度モデルでは自由度17の赤色カイ二乗値が 30.128/17、有意確率が 0.81 であった。
• HEバンドでは、Fermi-LATデータが対数放物線型スペクトルモデル（対数尤度 -253488）をべき乗則モデル（対数尤度 -253486）よりもわずかに支持しており、有意性は約 2σ であった。これはスペクトルが曲がっている可能性を示唆する。
• Swift/XRT観測ではX線の変動が観測されたが、ATOMによるRバンド光学監視ではほぼ一定の放射度が得られたが、観測回数が3〜4回と限られているため、光学的変動の明確な結論は得られなかった。