[論文レビュー] Exploring the Galaxy at TeV energies: Latest results from the H.E.S.S. Galactic Plane Survey

H. Gast, F. Brun+8 more|arXiv (Cornell University)|Apr 26, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、ナミビアに位置する4台の像空気チェレンコフ望遠鏡を用いて、テルバ・エナジー領域（TeV）で実施されたH.E.S.S.銀河平面調査の最新結果を提示している。調査では、主にパルサー風雲（Pulsar Wind Nebulae, PWNe）および超新星残骸（Supernova Remnants, SNRs）である60個以上の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源が検出され、その約3分の1はまだ関連付けられていない。主な発見には、SNR G318.2+0.1における拡張されたVHE放射、PSR J1459-6053の周囲に位置する新しいPWN候補、および複合型SNR G327.1-1.1およびG15.4+0.1からのVHE放射が含まれる。

ABSTRACT

The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is an array of four imaging atmospheric-Cherenkov telescopes located in Namibia and designed to detect extensive air showers initiated by gamma-rays in the very-high-energy domain. It is an ideal instrument for surveying the Galactic plane in search of new sources, thanks to its location in the Southern Hemisphere, its excellent sensitivity, and its large field-of-view. The efforts of the H.E.S.S. Galactic Plane Survey, the first comprehensive survey of the inner Galaxy at TeV energies, have contributed to the discovery of an unexpectedly large and diverse population of over 60 sources of VHE gamma rays within its current range of l=250 to 65 degrees in longitude and |b|<=3.5 degrees in latitude. The population of VHE gamma-ray emitters is dominated by the pulsar wind nebula and supernova remnant source classes, although nearly a third remain unidentified or confused. The sensitivity of H.E.S.S. to sources in the inner Galaxy has improved significantly over the past two years, from continued survey observations, dedicated follow-up observations of interesting source candidates, and from the development of advanced methods for discrimination of gamma-ray-induced showers from the dominant background of hadron-induced showers. The latest maps of the Galaxy at TeV energies will be presented, and a few remarkable new sources will be highlighted.

研究の動機と目的

• TeVエネルギー領域における銀河の内側平面の体系的かつ大規模な調査を実施し、新しいVHEガンマ線源を発見すること。
• 特にパルサー風雲（PWNe）および超新星残骸（SNRs）を含む、銀河内におけるVHEガンマ線放射体の集団的特徴を明らかにすること。
• 関連付けられていない、または未解明のVHE源を特定・分析し、高エネルギー宇宙線および粒子加速メカニズムの起源を解明すること。
• 複雑で混雑した天の川領域における点源検出の感度とバックグラウンド抑制技術を向上させること。

提案手法

• ナミビアに位置する4台の12m像空気チェレンコフ望遠鏡からなるH.E.S.S.アレイを用い、5°の視野角と0.1°の角度分解能を有する。
• 銀河経度ℓ = 250°から65°、および|b| ≤3.5°の範囲を体系的なスキャンモードで観測し、重複領域を設けることで完全カバーを確保した。
• 画像ベースのシャワー再構築と、機械学習にインspiredされたガンマ線と核子線シャワーの識別技術を用いた高度なバックグラウンド抑制手法を適用した。
• 複数の観測戦略のデータを統合：候補源に対する深紫外点源観測と、調査領域内に含まれるすべての非標的観測データを統合した。
• 試行回数補正を施した事前試行有意確率マップを用い、バックグラウンドを超える過剰を特定した。5σの事後試行有意水準を閾値とした。
• 複数波長データ（電波、X線、Fermi-LAT）と照合し、対応源を特定し、放射メカニズムを制約した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河の内側平面における真のVHEガンマ線源の集団は何か？ その空間的・エネルギー的分布は？
• RQ2 H.E.S.S.調査は、既知のパルサーまたはSNRsと関連しない新しいVHE源を同定・特徴づけることができるか？
• RQ3 ハドロン的相互作用や逆コンプトン散乱といった、関連付けられていない源における観測されたVHE放射を生じる物理的メカニズムは何か？
• RQ4 HESS J1457-593 や HESS J1554-550 などのVHE源のスペクトル的および空間的性質は、現在の宇宙線加速・伝搬モデルを支持するか、あるいは挑戦するか？
• RQ5 G318.2+0.1 や G15.4+0.1 などのSNRからのVHE放射は、分子雲とのハドロン的相互作用によってどの程度説明可能か？

主な発見

• H.E.S.S.は、銀河経度ℓ = 250°から65°、|b| ≤3.5°の範囲で、60個以上の銀河的VHEガンマ線源を検出。5σ事前試行有意水準における感度閾値は、10%クラブフラックスであった。
• 源の集団は主にパルサー風雲（PWNe）および超新星残骸（SNRs）で占められていたが、約3分の1はまだ関連付けられていない、または他の源と混同されていた。
• SNR G318.2+0.1の方向に拡張されたVHE放射（HESS J1457-593）が検出され、20 TeVを超えるエネルギー領域まで硬いスペクトルを示しており、一致する分子雲内でのハドロン的相互作用と整合的であった。
• 64 kyrの年齢のパルサーPSR J1831-0952の周囲に、新しいVHE PWN候補（HESS J1831-098）が発見された。スペクトルは硬く（光子指数2.1 ± 0.08）、クラブネビュラの4%のフラックスを示した。
• 複合型SNR G327.1-1.1のパルサー風雲領域と空間的に一致するVHE放射（HESS J1554-550）が確認され、中心部に高エネルギー粒子が存在することを支持した。
• 殻状SNR G15.4+0.1からの顕著なVHE放射（HESS J1818-154）が検出された。これは最近電波波長で発見された源であり、H.E.S.S.のポイント spread function を超えて拡張された放射を示した。