[論文レビュー] H.E.S.S. II observations of the 2014 periastron passage of PSR B1259-63/LS 2883

C. Romoli, P. Bordas+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2017

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、2014年の近日点通過期におけるガンマ線連星 PSR B1259–63/LS 2883 の H.E.S.S. II 観測を報告しており、感度の向上と低いエネルギー閾値を活用している。これは、2011年と2014年に確認されたGeV帯のフレアと同時に高いTeV帯フラックスを示しており、近日点の30日前に予期しない2.5倍のフラックス増加が観測された。これは、連星系における粒子加速の既存モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

PSR B1259-63/LS 2883 is a gamma-ray binary system composed of an O9.5Ve main sequence star, LS 2883, and a 47.8 ms spinning neutron star in a highly eccentric 3.4 yr orbit (eccentricity e = 0.87). PSR B1259-63/LS 2883 is so far the only gamma-ray binary in which the compact object has been firmly identified. H.E.S.S. observed this system around its periastron passages in 2004, 2007, 2011 and 2014. For this latter event, a detailed campaign was organised making use of the new capabilities of H.E.S.S. II, in particular its improved sensitivity and a lower energy threshold. This campaign covered for the first time the time of periastron and parts of the orbit so far unexplored at VHE energies, and included as well observations during the GeV flare observed contemporaneously with the Fermi-LAT. The analysis of the H.E.S.S. II data indicates a relatively high TeV flux during this GeV flare and also at orbital phases preceding the first neutron star crossing of the circumstellar disk. These results will be summarised and discussed in the context of previous models attempting to explain the complex gamma-ray emission from this source.

研究の動機と目的

• H.E.S.S. II の向上した感度と低いエネルギー閾値を用いて、2014年の近日点通過期における PSR B1259–63/LS 2883 の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を研究すること。
• 2011年に観測された遅延したGeV帯フレアと2014年に再確認されたフレアを解明するため、GeV帯とVHE帯の同時観測を実施すること。
• 標準的なパulsar風と周囲星間円盤の相互作用モデルに反する、最初の円盤通過の直前に観測された予想外の高いVHEフラックスの起源を調査すること。
• 2004年から2014年までのH.E.S.S.-IおよびH.E.S.S. IIの全データを用いて、日単位の時間分解能を持つ初めての位相平均VHE光曲線を作成すること。

提案手法

• データは、H.E.S.S. II の5台の望遠鏡（4台の12 mおよび1台の28 m中央望遠鏡）を用いて収集され、複数の解析設定（CT1–4 STEREO、CT1–5 STEREO、CT5 MONO）を適用した。
• 解析には、2004年、2007年、2011年、2014年のH.E.S.S.全観測データを再処理するための更新済みソフトウェアが使用され、感度とエネルギー閾値の向上が実現された。
• データは週単位にビニングされ、近日点通過時刻を基準として位相平均化され、日単位のビンに変換された。フラックス補正には、ガンマ線指数Γ = 2.7を仮定した。
• Fermi-LAT との同時観測を用いて、近日点から約30日後に発生するGeV帯フレアとVHE放射の相関を評価した。
• 位相平均光曲線は、同じ軌道位相における異なる年間のデータを統合することで構築された。これは、周期間で放射物理が一貫していると仮定した。
• 重複するフラックス点が異なる年間で著しくずれていないことを確認する統計的整合性チェックが実施され、積算光曲線の妥当性が裏付けられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜPSR B1259–63/LS 2883 のVHEガンマ線フラックスは、予想に反して近日点の30日前に著しく増加するのか？
• RQ2 GeV帯フレアと一致する高エネルギーTeVフラックスの物理的起源は何か？
• RQ3 VHE光曲線は、これまで観測されていなかった近日点通過および近日点前段階を含め、全軌道周期にわたりどのように変化するのか？
• RQ4 近日点の30日前に観測されたVHEフラックス増加は周期的現象であり、GeV帯フレアと同一の発生機構によって関連づけられるのか？

主な発見

• GeV帯フレアが近日点から約30日後に発生した時期に、VHE帯フラックスが高く維持されており、GeV帯とTeV帯の両バンドで同時にフレアが発生していることを確認した。
• 最初の円盤通過の直前、近日点の30日前に、最初の円盤通過時のフラックスレベルの約2.5倍の著しいフラックス増加が観測された。これは、円盤相互作用の前段階で予期しない粒子加速が発生していることを示唆している。
• 2004年から2014年のデータを用いて作成した位相平均光曲線は、近日点近辺に明確なフラックス最小値を示しており、従来の観測と整合的であるが、軌道接近直前のこれまでに観測されていなかった高フラックス状態も明らかにした。
• フラックス増加は近日点の10日前ごろから始まり、標準的なパulsar風と周囲星間円盤の相互作用モデルには含まれない前駆動的発生メカニズムを示唆している。
• 複数の軌道周期にわたるフラックスレベルの整合性は、放射プロセスが繰り返し可能で周期的であることを支持しており、安定で長期的な発生メカニズムの仮説を強化する。
• これらの結果は、特にパulsar風と星風・周囲円盤の相互作用を含む連星系におけるガンマ線放射モデルの見直しが必要であることを示唆している。