[論文レビュー] Mapping the extended TeV source HESS J1857+026 down to Fermi-LAT energies with the MAGIC telescopes

S. Klepser, J. Krause+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 29, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、改良されたMAGIC望遠鏡を用いて、100 GeVまで降下する拡張的TeV源HESS J1857+026をマッピングし、スペクトルの折り返しのない平坦なパワー・レイトスペクトルを検出。200–1000 GeV範囲では、固有の拡張度σ = 0.22°を確認。結果は、この源がパルサー・ウィンド・ネビュラ（PWN）由来である可能性を支持するが、北部のテール構造には低エネルギー対応物が存在せず、単純なPWNモデルを超える複雑な放射メカニズムを示唆している。

ABSTRACT

HESS J1857+026 is an extended TeV gamma-ray source discovered by H.E.S.S. very close to the Galactic plane. Located in the vicinity of the pulsar PSR J1856+0245, the source represents a pulsar wind nebula (PWN) candidate. In Fermi-LAT data, 7 photons above 100GeV were associated to it as VHE J1857+0252 by Neronov and Semikoz (2010), while in the previous MeV-GeV catalogs no associated source was reported yet. MAGIC was upgraded to a stereoscopic Cherenkov telescope system in 2009, which substantially improved its performance with respect to extended objects. We observed HESS J1857+026 in 2010 and analysed 29 hours of good quality stereoscopic data, yielding a highly significant detection. We present an energy spectrum from 100GeV to 10TeV and skymaps for two different energy regimes. The spectrum does not show any indication for an inverse Compton turnover, while we find an intrinsic extension of 0.22 \pm 0.02stat \pm 0.02sys in the energy range of 200 - 1000 GeV. We discuss the possible PWN nature of the source and the performance of MAGIC with respect to extended sources.

研究の動機と目的

• 改良されたMAGIC望遠鏡を用いて、100 GeVまで降下する拡張的TeV源HESS J1857+026のスペクトル的および形状的性質を調査すること。
• スペクトルの曲率とエネルギー帯域における空間的拡張度を分析することで、パルサー・ウィンド・ネビュラ（PWN）仮説を検証すること。
• H.E.S.S.が観測した拡張的形状と、GeVエネルギー帯で有意な拡張が示唆されなかったFermi-LATデータとの不一致を解消すること。
• 立体的モードでのMAGICの性能を、拡張的ガンマ線源の検出および特徴抽出において評価すること。

提案手法

• 2010年に33日間の観測が実施され、合計29時間の高品質観測が、4つのオフセットポイントペアを用いたウブリングモードで行われ、均一な露出を確保するとともに、相互検証が可能となった。
• 立体的解析にMARS解析フレームワークが用いられ、ガンマ粒子/ヘドロン分離、エネルギー再構築、角度分解能最適化が実施された。
• エネルギー移行とバイアス効果を補正するためのアンフォールディング技術を用いて、100 GeVから10 TeVのエネルギー範囲でスペクトルエネルギー分布を抽出した。
• エネルギー依存の形状を調査するため、2つのエネルギー帯域（200–1000 GeVおよび>1 TeV）の空間マップを生成した。
• 源プロファイルへのガウスフィットを用いて固有の拡張度を定量化し、統計的および系境的不確実性を伝搬させた。
• スペクトルの一貫性と形状の進化を評価するため、H.E.S.S.およびFermi-LATデータと比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HESS J1857+026のエネルギースペクトルに、パルサー・ウィンド・ネビュラ由来の逆コンプトンピークを示すスペクトルの折り返しが観測されるか？
• RQ2 HESS J1857+026の拡張的形状はエネルギー依存的であり、PWNに予想されるように低エネルギー帯で拡張度が増加するか？
• RQ3 H.E.S.S.が観測した北部のテール状構造は、低エネルギー帯に同等の構造を示すか、それとも別個の放射成分であるか？
• RQ4 立体的モードでのMAGICの性能は、過去の機器と比較して、拡張的源の感度および形状再構築にどのように向上をもたらすか？
• RQ5 100 GeVから10 TeVの範囲で、HESS J1857+026のスペクトル形状は単一の放射成分で説明可能か、それとも複数の成分を必要とするか？

主な発見

• 100 GeVから10 TeVのエネルギー範囲におけるスペクトルは、指数2.27 ± 0.08（統計）± 0.1（系統）のパワー・レイトに一致し、1 TeVにおけるフラックス正規化は(4.7 ± 0.6 統計 ± 1.4 系統) × 10⁻¹² TeV⁻¹ cm⁻² s⁻¹である。
• 研究されたエネルギー範囲内でスペクトルの折り返しは観測されず、逆コンプトンピークが800 GeV未満に位置するか、または分解能が不足していることを示唆している。
• 200–1000 GeVエネルギー帯で、固有の源拡張度σ = 0.22° ± 0.02°（統計）± 0.02°（系統）が測定され、高エネルギー帯でのH.E.S.S.の測定値よりも顕著に大きい。
• H.E.S.S.が観測した北部のテール状構造は、低エネルギー帯で検出されず、代わりにHESS J1857+026の位置により拡張した源のみが観測された。
• 主放射領域のスペクトル的および形状的性質は、パルサー・ウィンド・ネビュラと一致し、よく知られたPWN HESS J1825-137と類似している。
• 北部のテール構造に低エネルギー対応物が存在せず、平坦で特徴のないスペクトルであるため、単純なPWNモデルを超えるより複雑な放射メカニズムを示唆している。