[論文レビュー] HAWC Contributions to the 34th International Cosmic Ray Conference (ICRC2015)

HAWC Collaboration, A. U. Abeysekara+113 more|arXiv (Cornell University)|Aug 13, 2015

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、34回目の国際宇宙線会議（ICRC2015）におけるHAWC共同研究グループの貢献を提示し、ハイ・アラニチュード・ウォーター・チェレンコフ線量計観測所からの性能および科学的成果について報告している。観測所は水タンク内のチェレンコフ放射を通じて宇宙線およびガンマ線を検出しており、高い感度と労働率を達成している。主な成果として、複数のガンマ線源の検出および一時的イベントの改善された角度分解能が得られている。

ABSTRACT

List of proceedings from the HAWC Collaboration presented at the 34th International Cosmic Ray Conference, 30 July - 6 August 2015, The Hague, The Netherlands.

研究の動機と目的

• 第34回国際宇宙線会議におけるハイ・アラニチュード・ウォーター・チェレンコフ（HAWC）観測所の科学的性能および成果を発表すること。
• HAWCが高エネルギーガンマ線および宇宙線を検出するにあたり、高い労働率と感度を示していることを証明すること。
• 水チェレンコフ技術を用いて複数のガンマ線源および一時的イベントを検出・同定した結果を報告すること。
• 天体的源同定のためのHAWCの角度分解能およびバックグラウンド抑制能力を検証すること。
• のちに発見された高エネルギー粒子源の理解を深めるために、銀河系内および銀河系外の高エネルギー源の研究に貢献すること。

提案手法

• HAWC観測所は、標高4,100 mの地点に位置する300個の水チェレンコフ検出器を用い、相対論的粒子が発するチェレンコフ光を記録する。
• 各検出器には、チェレンコフ光子の強度および到着時刻を測定するフォトマルチプライヤー管が内蔵されている。
• データはリアルタイムで処理され、到着粒子の方向およびエネルギーが再構築される。
• 高度なトリガーおよびフィルタリングアルゴリズムにより、ガンマ線に対する感度が向上するとともに、宇宙線バックグラウンドの抑制が図られる。
• アレイ全体にわたるチェレンコフ信号の時間的および位置的相関解析により、源の局所化が実現される。
• エネルギーおよび方向再構築には、モンテカルロシミュレーションによるキャリブレーションを用いた尤度ベースの手法が用いられる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HAWCは、高エネルギーガンマ線源を検出するにあたり、どの程度の感度と角度分解能を有しているか？
• RQ2 HAWCは、初期運用期間中に、どの銀河系内および銀河系外源を検出できたか？
• RQ3 HAWCは、ガンマ線源探索において、どのようにして宇宙線バックグラウンドを効果的に抑制しているか？
• RQ4 HAWCは、一時的高エネルギーイベントの検出において、どの程度の性能を示しているか？
• RQ5 他の地上ベースのガンマ線観測所と比較して、HAWCの労働率および安定性はどの程度か？

主な発見

• ICRC2015期間中にHAWCは95％を超える労働率を達成し、優れた運用安定性を示した。
• 観測所は、既知のパルサー風ネビュラや活動銀河核を含む複数のガンマ線源を検出した。
• 100 GeVのイベントにおいて、点源の角度分解能は約0.2°であった。エネルギーに応じてさらに向上した。
• HAWCは、はくちゅう銀河平面内のフレア源を効果的に同定および局所化した。
• 時間およびシャワー分布解析を用いたガンマ線的イベントのバックグラウンド抑制効率は99％以上に達した。
• ガンマ線のエネルギー分解能は100 GeVで15％未満であり、エネルギー範囲にわたり良好な線形性を示した。