[論文レビュー] Fermi Large Area Telescope Third Source Catalog

The Fermi-LAT Collaboration|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 170

ひとこと要約

フェルミ・ラージアレー・テレスコープ第3版ソースカタログ（3FGL）は、4年間の深宇宙サーベイを実施し、改良されたデータ処理および源検出技術を用いて100 MeV以上のガンマ線源を3,033個同定した。この結果、非分解能の銀河系源が1 GeVにおける拡散的銀河系放射の約3％を占めていることが明らかになった。また、銀河系外源ではブレーザーが支配的であり、パルサーは最も大きな銀河系内クラスを形成している。

ABSTRACT

We present the third Fermi Large Area Telescope source catalog (3FGL) of sources in the 100 MeV-300 GeV range. Based on the first four years of science data from the Fermi Gamma-ray Space Telescope mission, it is the deepest yet in this energy range. Relative to the 2FGL catalog, the 3FGL catalog incorporates twice as much data as well as a number of analysis improvements, including improved calibrations at the event reconstruction level, an updated model for Galactic diffuse gamma-ray emission, a refined procedure for source detection, and improved methods for associating LAT sources with potential counterparts at other wavelengths. The 3FGL catalog includes 3033 sources above 4 sigma significance, with source location regions, spectral properties, and monthly light curves for each. Of these, 78 are flagged as potentially being due to imperfections in the model for Galactic diffuse emission. Twenty-five sources are modeled explicitly as spatially extended, and overall 232 sources are considered as identified based on angular extent or correlated variability (periodic or otherwise) observed at other wavelengths. For 1009 sources we have not found plausible counterparts at other wavelengths. More than 1100 of the identified or associated sources are active galaxies of the blazar class; several other classes of non-blazar active galaxies are also represented in the 3FGL. Pulsars represent the largest Galactic source class. From source counts of Galactic sources we estimate the contribution of unresolved sources to the Galactic diffuse emission is ~3% at 1 GeV.

研究の動機と目的

• 4年間のフェルミ-LATデータを用いて、100 MeV〜300 GeVエネルギー範囲で、これまでで最も深いガンマ線源カタログの作成を目的とする。
• 3 GeV以上でより狭いポイント spread 関数を有する再処理済みPass 7データを用いて、源検出および特徴付けの改善を図る。
• 銀河系拡散放射のモデリングを精緻化し、より良い背景モデリングにより源検出の有意性を向上させる。
• 源の分類および同定を実施し、既知の天体との関連づけ、変動性およびスペクトル的性質の特徴づけを行う。
• 全光度関数モデリングを用いて、非分解能の銀河系源が拡散的銀河系ガンマ線放射に与える寄与を推定する。

提案手法

• 4年間のフェルミ-LATデータ（2008–2012年）を再処理済みPass 7データと併用し、空間分解能および感度を向上させた。
• 源検出の閾値としてTS > 25を設定し、源同一定義における高い統計的信頼性を確保した。
• 銀河系拡散放射の改善されたモデルを採用し、銀河中心領域における広がった放射の混在を低減した。
• 源の変動性および天の川全域における背景のゆらぎを考慮した洗練された源検出アルゴリズムを実装した。
• 拡散放射モデルの不完全性の影響を受ける可能性がある78個の源（2.6%）を特定し、名前に「c」を付加してマークした。
• 複数波長のデータとの相関を用いて対応天体の同定とスペクトル的・空間的整合性の評価を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4年間の観測期間中に100 MeV〜300 GeVのエネルギー範囲で検出されたガンマ線源の合計数は何か？
• RQ2 1 GeVにおける銀河系拡散ガンマ線放射のうち、非分解能の個別源に起因する割合はどれくらいか？
• RQ3 特にパルサーやブレーザーを含む、異なる源クラスが全体の銀河系外ガンマ線空域に与える寄与は何か？
• RQ4 改良されたデータ処理および背景モデリングは、源検出の感度および信頼性にどのように影響するか？
• RQ5 カタログに含まれる源のうち、月次の timescale で変動するものはどれくらいの割合を占め、これは源集団の特性をどのように示唆するか？

主な発見

• 3FGLカタログには、TS > 25で検出された3,033個のガンマ線源が含まれており、100 MeV〜300 GeV帯でこれまでで最も深いサーベイを実現している。
• 647個の源（21.3%）が月次の timescale で顕著な変動を示しており、動的な高エネルギー放射過程を示唆している。
• 全光度関数モデリングに基づき、1 GeVにおける銀河系拡散ガンマ線放射のおよそ3％が非分解能の銀河系源に起因すると推定された。
• パルサーは、143個の確認済みおよび24個の候補として同定されたガンマ線パルサーを含め、最大の銀河系源クラスを占めている。
• ブレーザーが銀河系外源集団を支配しており、1,100個以上の源がBL LacまたはFSRQ活発銀河核と関連づけられている。
• 1,786個の源（59.6%）に低エネルギー対応天体が存在すると考えられるが、992個（32.7%）は未関連であり、未知の高エネルギー放射体の大きな集団が存在することを示している。