[論文レビュー] Evidence for VHE emission from SNR G22.7-0.2 region with H.E.S.S

Hélène Laffon, B. Khélifi+8 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2011

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

H.E.S.S.の観測により、超新星残骸G22.7-0.2からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の証拠が得られた。これは5.8σの過剰信号（HESS J1832-093）として検出され、1 TeVを超えるエネルギーで(1.7 ± 0.9_stat ± 0.3_syst) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹の放射束として測定された。放射は13 COデータにおける分子雲と空間的に一致しており、宇宙線との中性子生成によるバリオン的起源を示唆するが、高吸収を示す遠方のX線点源も寄与している可能性がある。

ABSTRACT

Observations of the supernova remnant G22.7-0.2 in the field of view of W41 with the H.E.S.S. telescope array have resulted in evidence for a very high energy (VHE) gamma-ray emission from the direction of the object. The emission region is spatially coincident with molecular clouds visible in 13CO data, suggesting a hadronic origin of the TeV emission, although other scenarios brought by X-ray observations with the XMM-Newton satellite are also discussed. The latest results obtained on this SNR with H.E.S.S. and associated multi-wavelength information are presented here.

研究の動機と目的

• 超新星残骸G22.7-0.2の方向における非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の起源を調査すること。
• VHE放射が分子雲とのバリオン的相互作用に起因するのか、逆コンプトン散乱やパルサー風ネビュラなどの他のメカニズムに起因するのかを特定すること。
• 特にX線および電波帯での多波長対応体を評価し、放射メカニズムを制約すること。
• 超新星の運動エネルギー予算を用いてバリオン的状況のエネルギー的妥当性を評価すること。
• XMM-Newtonが検出した近くのX線点源の性質と距離を特定し、VHE放射と関連している可能性を評価すること。

提案手法

• H.E.S.S.望遠鏡アレイは2004年から2010年までに50時間の有効観測時間を得ており、標準的な観測時間選択と80光電子閾値を用いたHillasベースの画像解析を実施した。
• 背景推定には、源検出にはリング背景モデル、スペクトル解析にはリフレクトバックグラウンドモデルを用いた。
• 過剰マップに対する2次元ガウスフィッティングを用いて源の位置と固有サイズを決定し、PSF補正を適用した。
• 近傍のW41源からの汚染を最小限に抑えるために、源を中心とする半径0.15°の円形領域をスペクトル抽出に使用した。
• エネルギースペクトルはパワーロー法則モデルでフィッティングされ、クレーブスネビュラと比較するため1 TeVを超えるエネルギーで放射束が導出された。
• XMM-NewtonのX線観測（有効時間7 ks）を解析し、点源を同定した。スペクトルフィッティングには機器背景モデルと吸収量補正を用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G22.7-0.2からのVHEガンマ線放射は、分子雲と空間的に一致しており、宇宙線との中性子生成によるバリオン的起源を支持するか？
• RQ2 H.E.S.S.過剰位置から30”離れた硬いスペクトル（Γ = 1.3⁺⁰.⁶₋₀.⁵）と高い吸収量（NH = 6.9⁺².⁸₋₂.₁ × 10²² cm⁻²）を示すX線点源の性質は何か？また、VHE放射の原因である可能性はあるか？
• RQ3 超新星の運動エネルギー予算を考慮した場合、観測されたVHE放射は、宇宙線と分子雲とのバリオン的相互作用によって説明可能か？
• RQ4 2FGL J1834.3-0848に近接しているにもかかわらず、H.E.S.S.位置にFermi-LAT源が検出されないのはなぜか？
• RQ5 X線源に向かう高い吸収量（NH ≈ 6.9 × 10²² cm⁻²）は、それが遠方にある可能性を示唆するか？その場合、パルサー風ネビュラ（PWN）やその他の拡張放射が遮蔽されている可能性はあるか？

主な発見

• VHEガンマ線源HESS J1832-093は5.8σの有意度で検出され、銀河座標系でl = 22.48° ± 0.02°、b = -0.16° ± 0.02°の位置に最適フィットされた。
• 源はわずかに拡張しており、固有サイズは0.06° ± 0.02°であり、源位置での角分解能0.11°と整合的である。
• 1 TeVを超えるエネルギーでの積分放射束は(1.7 ± 0.9_stat ± 0.3_syst) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹であり、同じエネルギーで測定されたクレーブスネビュラの0.7%に相当する。
• VHE放射は13 COの分子雲の強度増加と空間的に一致しており、宇宙線との中性子生成によるバリオン的起源（中性子崩壊経路）を支持する。
• H.E.S.S.位置から30”離れたX線点源が、硬いスペクトル（Γ = 1.3⁺⁰.⁶₋₀.⁵）と高い吸収量（NH = 6.9⁺².⁸₋₂.₁ × 10²² cm⁻²）を示したが、パルサーのパulsesは検出されなかった。
• 高い吸収量は、X線源が遠方にある可能性を示唆しており、その場合、ややこしいPulsar Wind Nebula（PWN）が遮蔽されている可能性があるが、短時間の観測では拡張X線放射は検出されなかった。