[論文レビュー] Galactic sources of E>100 GeV gamma-rays seen by Fermi telescope

A. Neronov, D. Semikoz|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、Fermi-LAT望遠鏡を用いて、低銀緯度（|b| < 10°）における100 GeV以上の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源を検出する。イベント多重度の閾値（内銀河で≥5、外銀河で≥3）を用いた最小全域木（MST）法を適用することで、5つの新しいVHE検出を含む19の高信頼性源を同定した。これは、地上望遠鏡に比べ効用断面積が小さいものの、LATがVHE放射に感度を示すことを示している。

ABSTRACT

We perform a search for sources of gamma-rays with energies E&gt;100 GeV at low Galactic latitudes |b|&lt;10 deg using the data of Fermi telescope. To separate compact gamma-ray sources from the diffuse emission from the Galaxy, we use the Minimal Spanning Tree method with threshold of 5 events in inner Galaxy (Galactic longitude |l|&lt;60 deg) and of 3 events in outer Galaxy. Using this method, we identify 22 clusters of very-high-energy (VHE) gamma-rays, which we consider as "source candidates". 3 out of 22 event clusters are expected to be produced in result of random coincidences of arrival directions of diffuse background photons. To distinguish clusters of VHE events produced by real sources from the background we perform likelihood analysis on each source candidate. We present a list of 19 higher significance sources for which the likelihood analysis in the energy band E&gt;100 GeV gives Test Statistics (TS) values above 25. Only 10 out of the 19 high-significance sources can be readily identified with previously known VHE gamma-ray sources. 4 sources could be parts of extended emission from known VHE gamma-ray sources. Five sources are new detections in the VHE band. Among these new detections we tentatively identify one source as a possible extragalactic source PMN J1603-4904 (a blazar candidate), one as a pulsar wind nebula around PSR J1828-1007. High significance cluster of VHE events is also found at the position of a source coincident with the Eta Carinae nebula. In the Galactic Center region, strong VHE gamma-ray signal is detected from Sgr C molecular cloud, but not from the Galactic Center itself.

研究の動機と目的

• Fermi-LATデータを用いて、銀河平面（|b| < 10°）における未検出の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源（E > 100 GeV）を同定すること。
• 内銀河における高い拡散的銀河背景が原因で発生する偽陽性イベントクラスタレートの増加という課題を克服すること。
• 偽陽性を最小限に抑えつつ、弱くコンパクトなVHE信号を検出できる、堅牢なソース候補選定手法を開発すること。
• 地上のチェレンコフ望遠鏡がエネルギー閾値や視野制限により見逃すVHE源が、Fermi-LATで検出可能かどうかを検証すること。
• 低統計的データに対する統計的クラスタリング技術を用いて、銀河平面におけるVHE源カタログの完全性を評価すること。

提案手法

• 高エネルギーガンマ線光子の到着方向をコンパクトなクラスタにグループ化するため、最小全域木（MST）法を適用し、潜在的ソース候補を同定する。
• 内銀河（|l| < 60°）では≥5光子、外銀河（|l| ≥ 60°）では≥3光子という異なるイベント多重度閾値を設定し、内銀河の高い拡散背景を補正する。
• 100–400 GeVエネルギー帯域におけるソースの有意性を評価するため、尤度解析（Test Statistics, TS）を用い、TS > 25のクラスタのみを高信頼性ソースとして選択する。
• 既知のVHE源および拡張した発光領域と比較し、関連性と形状的一致性を評価する。
• 偽陽性を低減するため、クラスタ内における光子間の空間的距離にθ ≤ 0.23°という制限を課す。
• 既知のカタログ（例：HESS, TeVCat）とのクロス識別を行い、スペクトル的および位置的一致性を考慮してソース関連付けを実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermi-LATは、地上のチェレンコフ望遠鏡に比べ効用断面積が小さいにもかかわらず、低銀緯度における100 GeV以上のVHEガンマ線源を検出可能か？
• RQ2 MSTのような統計的クラスタリング手法は、強い拡散的銀河背景が存在する中で、コンパクトなVHEソース候補をどのように検出可能にするか？
• RQ3 銀河平面における既知のVHE源のうち、どれくらいの割合が100 GeV以上でFermi-LATによって検出可能であり、その割合はソースの形状やエネルギースペクトルにどのように依存するか？
• RQ4 エネルギー閾値やオフアックス視野幾何学的要因により、地上望遠鏡が見逃すVHE源が銀河平面に存在するか？
• RQ5 固定された空間的および多重度閾値を用いたMST法は、VHE源の完全または偏ったサンプルを生成するのか？

主な発見

• 2年間のFermi-LATデータを用いて、|b| < 10°の領域で100 GeV以上のエネルギー帯域において、TS > 25の高信頼性VHEガンマ線源を19個同定した。
• そのうち10個は、事前に知られていたVHE源と明確に関連づけられ、4つはHESS J1832-093 や HESS J1846-028 といった既知の源からの拡張発光領域の可能性がある。
• 5つの新しいVHEガンマ線源が検出され、そのうち1つはエータ・カリナ星雲と関連している可能性があり、もう1つはPSR J1828-1007周辺のパルサー風雲と関連している可能性がある。
• 銀河中心領域のSgr C分子雲の位置に強いVHE信号が検出されたが、銀河中心自体からは検出されなかった。
• カシオペアA超新星残骸付近に説明のつかない高TS過剰が検出されたが、これは100 GeV付近にスペクトルカットを持つVHE源、または統計的フラクチュエーションの可能性がある。
• θ ≤ 0.23°および最小多重度閾値を用いたMST法では、拡張した形状を持つ実際の源の多くが除外されるため、カタログは包括的ではなく、検出可能なVHE源の真の数を低く見積もっている可能性がある。