[論文レビュー] Gamma-ray background: a review

T. Kneiske|ArXiv.org|Jul 19, 2007

Nuclear Physics and Applications被引用数 6

ひとこと要約

このレビューでは、100 MeVを超える銀河間ガンマ線背景の現在の理解を統合し、解体できない点源、拡散放射、および特異なプロセスからの寄与を分析している。STARBUST銀河、ブレーザー、FRI銀河、ダークマターの消失、構造形成を含むモデルを評価し、解体できない源と二次的放射過程が背景の最大10–20％を説明できることを結論づけ、スペクトル的制約によりダークマターおよび原始的プロセスは除外された。

ABSTRACT

The gamma-ray background is still a subject under great debate. All phenomena in the universe emitting gamma-rays can contribute directly as diffuse emission or as an isotropic component from unresolved point sources. The question of the origin of the extragalactic component cannot be answered without determining the galactic emission. To discuss in detail all models resulting in gamma-ray background contributions is far beyond the scope of this paper. Therefore the focus will be on recent publications on the extragalactic high energy (>100 MeV) part of the gamma-ray background.

研究の動機と目的

• 観測的および理論的制約を用いて、100 MeVを超える銀河間ガンマ線背景の起源を評価すること。
• 空間的に変化する銀河系放射をモデル化し、観測から差し引くことで、銀河系および銀河間成分を分離すること。
• ブレーザー、STARBUST銀河、FRI銀河などの解体できない点源が拡散銀河間放射に与える寄与を評価すること。
• ダークマターの消失や原始的ブラックホールの蒸発を含む特異な源の妥当性を、観測スペクトルと照らし合わせて検証すること。
• 将来のGLAST観測による角運動スペクトル測定が、競合する起源モデルを区別するのにどのように役立つかを検討すること。

提案手法

• 未解体点源からの全銀河間放射を、発光関数と赤方偏移の進化を用いて計算する一般積分形式（式2）を用いる。
• 宇宙論的体積要素 $ dV_c/dz $ と固有源スペクトル $ dN^i/dE_γ(z) $ を用いて、赤方偏移にわたる放射寄与をモデル化する。
• ガス密度、宇宙線フラックス、ダークマターハローの正規化に関する不確実性を考慮するための正規化係数 $ c_1 $ および $ c_2 $ を用いる。
• 宇宙線が周囲の光子およびガスと相互作用する際の逆コンプトン散乱およびパイオン崩壊による二次ガンマ線生成を分析する。
• 中性子の消失、構造形成、X線選択AGNなどのモデルからの理論的スペクトルをEGRETデータおよびスペクトル指数と比較する。
• 将来のGLAST観測における角運動スペクトル解析を、支配的放射メカニズムを区別するプローブとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーザーやSTARBUST銀河などの未解体点源は、100 MeVを超える銀河間ガンマ線背景のどの程度を占めているか？
• RQ2 宇宙空間および銀河間媒体における宇宙線の相互作用による二次ガンマ線放射は、拡散背景にどの程度寄与しているか？
• RQ3 EGRETデータで観測されたスペクトル指数-2.1は、標準的な天体物理学的源によって説明可能か、それともダークマターの消失のような特異な寄与を必要とするか？
• RQ4 銀河団および大規模構造形成プロセスは、高エネルギーガンマ線背景にどの程度寄与しているか？
• RQ5 将来のGLASTによる角運動スペクトル測定は、銀河間ガンマ線背景の起源モデルの競合をどのように区別できるか？

主な発見

• 未解体されたブレーザーおよびSTARBUST銀河は、ギガエレクトロン（GeV）エネルギー領域で背景の最大約10％を寄与しており、一部のモデルでは二次的放射が支配的である。
• kpcスケールのジェットを有するFRI銀河は、主に電子シンクロtron放射および逆コンプトン過程による二次ガンマ線を通じて背景に約1％を寄与する。
• ガンマ線バーストは、シンクロtron放射に比べて高い逆コンプトンフラックスを仮定した場合、GeVエネルギー領域で背景の約10％を占める。
• ボリューム的全放射率が約10⁴⁴ erg s⁻¹の銀河団は、背景の1–10％を説明可能であるが、進化する銀河団モデルでは最大2％に制限される。
• ダークマターハロー内の中性子の消失を含むモデルは、ピークが約10 GeVに位置し、最適適合質量が515 GeVであるが、フラックス感度補正を適用しない限りスペクトルデータと整合しない。
• EGRETデータにおける「GeV異常」として知られる現象は、実際には天体物理学的信号ではなく、機器キャリブレーションの問題によるものであり、背景の標準的な天体物理学的起源を支持する。