[論文レビュー] Evidence for TeV gamma-ray emission from the shell type SNR RXJ1713.7-3946

H. Muraishi, T. Tanimori+24 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、CANGAROO大気チェレンコフ望遠鏡を用いて5.6σの有意水準で検出された、殻状超新星残骸RX J1713.7-3946からのTeVガンマ線放射の証拠を提示する。この放射は、超相対論的電子による宇宙背景放射（CMBR）光子の逆チェレンコフ散乱に起因し、約11 μGの低磁界を示唆しており、超新星残骸がTeV粒子加速の場であることを支持する。

ABSTRACT

We report the results of TeV gamma-ray observations of the shell type SNR RXJ1713.7-3946 (G347.3-0.5). The discovery of strong non-thermal X-ray emission from the northwest part of the remnant strongly suggests the existence of electrons with energies up to 100 TeV in the remnant, making the SNR a good candidate TeV gamma-ray source. We observed RXJ1713.7-3946 from May to August 1998 with the CANGAROO 3.8m atmospheric imaging Cerenkov telescope and obtained evidence for TeV gamma-ray emission from the NW rim of the remnant with the significance of 5.6 sigma. The observed TeV gamma-ray flux from the NW rim region was estimated to be (5.3 +/- 0.9[statistical] +/- 1.6[systematic]) * 10^{-12} photons cm^{-2} s^{-1} at energies >= 1.8 +/- 0.9 TeV. The data indicate that the emitting region is much broader than the point spread function of our telescope. The extent of the emission is consistent with that of hard X-rays observed by ASCA. This TeV gamma-ray emission can be attributed to the Inverse Compton scattering of the Cosmic Microwave Background Radiation by shock accelerated ultra-relativistic electrons. Under this assumption, a rather low magnetic field of 11 micro gauss is deduced for the remnant from our observation.

研究の動機と目的

• 殻状超新星残骸RX J1713.7-3946からのTeVガンマ線放射を探索し、これは超相対論的電子加速の候補地である。
• TeVガンマ線が衝撃波で加速された電子による宇宙マイクロ波背景放射（CMBR）光子の逆チェレンコフ散乱によって生じるという仮説を検証する。
• ガンマ線およびX線の放射度制約を用いて、残骸内の磁界強度を推定する。
• 以前に知られていた唯一のTeVガンマ線放射を示す超新星残骸SN1006と、RX J1713.7-3946の物理的状態を比較する。
• なぜTeVガンマ線放射が、特に低周囲密度および低磁界を示す少数の超新星残骸でのみ観測されるのかを調査する。

提案手法

• 観測は1998年5月から8月にかけて、3.8mのCANGAROO大気イメージングチェレンコフ望遠鏡を用いて実施された。
• データ解析は、以前に強い非熱的X線放射が検出されたRX J1713.7-3946の西北縁に焦点を当てた。
• ガンマ線フラックスは1.8 ± 0.9 TeV以上のエネルギー範囲で測定され、統計的および系境的不確実性が推定された。
• 観測されたTeVガンマ線フラックスを仮定したパワーロー入電子スペクトルに基づき、逆チェレンコフ放射度が導出された。
• 同じエネルギー範囲の電子におけるシンクロtron放射度と逆チェレンコフ放射度を等置することで、磁界強度が計算された。
• ASCAT X線データを用いて、0.5–10 keV帯でのシンクロtron放射度を、パワーロー指数-1.44を仮定して高エネルギー領域に外挿した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 殻状超新星残骸RX J1713.7-3946からのTeVガンマ線放射の証拠はあるか？
• RQ2 観測されたTeVガンマ線放射は、相対論的電子によるCMBR光子の逆チェレンコフ散乱によって説明できるか？
• RQ3 観測されたガンマ線およびX線放射度に基づいて、残骸内に推定される磁界強度はどの程度か？
• RQ4 なぜTeVガンマ線放射は、RX J1713.7-3946やSN1006のような少数の超新星残骸でのみ観測されるのか？
• RQ5 特に磁界および周囲密度を含めた物理的状態について、RX J1713.7-3946は他の超新星残骸とどのように異なるか？

主な発見

• RX J1713.7-3946の西北縁から、5.6σの有意水準で顕著なTeVガンマ線信号が検出された。
• 観測されたTeVガンマ線フラックスは、1.8 ± 0.9 TeV以上のエネルギーで(5.3 ± 0.9[stat] ± 1.6[sys]) × 10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹ であった。
• 放射源領域は望遠鏡のポイント spread function よりも広く、ASCATが観測した硬X線放射の広がりと整合的であった。
• ガンマ線放射は、エネルギーが約100 TeVに達する電子によるCMBR光子の逆チェレンコフ散乱によって最も適切に説明できる。
• 残骸内に推定される磁界強度は約11 μGであり、低磁界環境であることを示唆している。
• RX J1713.7-3946の低磁界および低周囲物質密度は、電波的になかなか放射しないことおよびπ⁰崩壊によるガンマ線放射が弱いこと（SN1006と同様）を説明できる。