[論文レビュー] Measurement of the Extragalactic Background Light with VERITAS

E. Pueschel|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本論文は、10年間のVERITAS観測による14個のハードスペクトルブローザの間接的測定を通じて、0.56〜56 µmの波長域における銀河間背景光（EBL）を新たに測定した。ガンマ線の減衰を用いて、EBLを0.56〜56 µmの範囲で探査した。系統的不確実性を包括的に取り扱った結果、銀河数の下限と良好に一致し、任意の拡散EBL成分の制限を示した。

ABSTRACT

The extragalactic background light records the history of infrared, optical and ultraviolet light radiation including re-radiation since the epoch of reionization. While challenging to measure directly, it can be measured indirectly via its impact on observed spectra of extragalactic gamma-ray emitters. VERITAS, a ground-based imaging atmospheric-Cherenkov telescope array sensitive to gamma rays above 100 GeV, has accrued 10 years of observations of hard-spectrum blazars. The energy and redshift range covered enables the measurement of the EBL in the range 0.56-56~$\mu$m, accessing the poorly constrained cosmic infrared background region. New constraints on the EBL resulting from the joint analysis using 16 spectra from 14 VERITAS-observed blazars will be presented. The method is independent of assumptions about the shape of the EBL spectrum, and includes a full treatment of systematic and statistical uncertainties. The measured spectrum is in good agreement with lower limits from galaxy counts, limiting the potential contribution from a diffuse component.

研究の動機と目的

• ガンマ線減衰を用いて、制約が乏しい赤外領域（0.56–56 µm）における銀河間背景光（EBL）を測定すること。
• 多様な赤方偏移とエネルギーを持つ高エネルギーのブローザの大きなサンプルを用いることで、EBL測定の不確実性を低減すること。
• EBLスペクトル形状に関する仮定を最小限に抑えるために、モデルに依存しない解析手法を用いること。
• エネルギースケール、赤方偏移、EBLの進化に関する包括的な系統的不確実性の取り扱いにより、測定の信頼性を向上させること。

提案手法

• 14個のハードスペクトルブローザ（13個のHBLと1個のIBL）の10年間のVERITAS観測データを用い、ガンマ線スペクトルを測定した。
• 標準的なVERITASキャリブレーションおよび再構成パイプラインを用いて光子スペクトルを再構成し、パワー則、対数放物線型、または指数的カットオフ付きパワー則モデルにフィットした。
• 14個の源から得られた16個のスペクトルを統合して、波長関数としてのEBL強度を抽出した。
• エネルギースケールの不確実性（±20%）、有限なエネルギー分解能、およびPG 1553+113と3C 66Aの赤方偏移の不確実性を考慮し、赤方偏移の境界を変化させることで系統的不確実性を扱った。
• 2つの広く用いられている理論的モデルを用いてEBL赤方偏移進化の不確実性を伝搬させ、透過率の不確実性を推定した。
• すべての統計的および系統的不確実性を組み込んだ68%および95%の包含帯をEBL強度について計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 0.56–56 µmの範囲、特に宇宙赤外背景領域におけるEBLスペクトルエネルギー分布（SED）はいかなるものか？
• RQ2 VERITASによる測定結果は、銀河数の下限と直接測定による上限とどのように比較されるか？
• RQ3 測定されたEBL強度は、解像された源を超える拡散EBL成分の存在をどの程度制限するか？
• RQ4 特にエネルギースケール、赤方偏移、EBL進化に起因する系統的不確実性は、最終的なEBL強度の制約にどの程度影響を及えるか？

主な発見

• VERITASの68%包含帯は、0.56–56 µmの全範囲にわたり、銀河数から導かれた下限と良好に一致している。
• 測定されたEBLスペクトルは、銀河数の下限からわずかに逸脱しており、追加の拡散成分に使える余地が限られていることを示している。
• VERITASのエネルギースケール不確実性によって68%包含帯は最大10%まで拡張され、EBL赤方偏移進化の不確実性によって最大12%まで拡張された。
• λ ≈ 10 µmの波長域において、VERITASの測定は現在の間接的EBL測定の中で最も強い制約を提供している。
• 結果は、一般的に用いられる文献[7]の理論的EBLモデルと良好に一致しており、赤外領域におけるその妥当性を支持している。
• 限られた赤方偏移の精度を持つ一部の源であっても、包括的な不確実性処理を施したモデルに依存しないアプローチが、信頼性の高いEBL制約をもたらすことを示した。