[論文レビュー] Observation of LS I +61 303 with VERITAS

G. Maier|ArXiv.org|Sep 23, 2007

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

VERITASは、質量の高いX線連星LS I +61 303から、非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出。軌道の遠星点（位相〜0.73）に近い時期に、てんとう座ネビュラの放射の約10％に相当する最大の放射率を示した。放射は26.5日周期の軌道に強く従属しており、粒子の加速または伝搬が連星の幾何学的構造と密接に関連していることを示しており、おそらく白色矮星とベ星の密度の高い風との相互作用によるものと考えられる。

ABSTRACT

The high mass X-ray binary LS I +61 303 has been observed over several months in 2006 and 2007 with the VERITAS array of imaging air-Cherenkov telescopes. A signal of high energy gamma rays with energies above 350 GeV is detected in several orbital cycles of the binary system. The detected flux of gamma rays is strongly variable with the orbital period of 26.5 days, while the maximum flux (corresponding to about 10% of the flux of the Crab Nebula)is always found at approximately apastron, suggesting a strong dependence of particle acceleration and/or propagation on the relative position of the two objects in the system.

研究の動機と目的

• VERITASのシャンカークター望遠鏡アレイを用いて、質量の高いX線連星LS I +61 303からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出・特徴づけること。
• VHEガンマ線放射の強度と軌道位相との相関関係を調査し、コンパクトな連星系における粒子加速モデルを検証すること。
• ガンマ線放射が点状であり、光学的対応物と空間的に一致するかどうかを確認し、連星系内からの起源を裏付けること。
• 特に高状態の軌道位相における放射のスペクトル的および時間的挙動を制約すること。
• X線データと同時期の観測を比較することで、多波長的文脈を提供し、放射メカニズムの理解を深めるための包括的取り組みの一環として、放射機構の解明を図ること。

提案手法

• 観測は、フレッド・ローレンス・フリーディアス・ウォーピング・オブザーバトリウムに位置するVERITASの4台の像空気シャンカークター望遠鏡アレイを用い、バックグラウンドを最小限に抑えるためにオフセットポイント法（ウブリングモード）で実施された。
• 2006年と2007年の間で合計44時間の観測が行われ、2台の望遠鏡（2006年9月〜11月）と3台の望遠鏡（2007年1月〜2月）が使用され、350 GeV以上のVHEガンマ線に対して高い感度が得られた。
• 背景除去には、複数の独立した解析パッケージおよび手法が用いられ、宇宙線抑制技術とシャワー像の統計的モデリングが併用された。
• 各軌道位相ビンごとに過剰イベントの有意性が計算され、放射率はてんとう座ネビュラの放射率の単位で報告され、エネルギー閾値および有効面積の補正が施された。
• 放射の空間的広がりをテストするため、有意性のスカイマップが作成され、装置のポイント spread function (PSF) と比較された。
• ガンマ線光曲線における26.5日周期の有意性を検証するため、Lomb-Scargle周期解析が適用された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LS I +61 303は、26.5日周期のVHEガンマ線放射の顕著な変調を示すか？
• RQ2 相対論的衝撃波またはジェットビーミングを含むモデルが予測するように、ピーク放射率は常に遠星点付近に観測されるか？
• RQ3 ガンマ線放射の空間的広がりは、LS I +61 303の位置における点状源と整合的か？
• RQ4 異なる軌道サイクル間で放射率はどのように変化するか？また、光曲線にサイクルごとの変動の兆候は認められるか？
• RQ5 ガンマ線放射のスペクトル指数と放射率は何か？てんとう座ネビュラと比較するとどうなるか？

主な発見

• VERITASは、合計で8.8σの有意性でLS I +61 303を検出。VHEガンマ線源としてのその地位を確認した。
• ガンマ線放射は軌道位相に強く従属しており、特に位相0.5〜0.8（遠星点に相当）で最大放射率（てんとう座ネビュラの10％に相当）が観測された。
• 高状態における放射率は変動的であり、3％未満から10％を超える範囲で変動し、最大放射率は位相〜0.73に現れた。
• 過剰イベントの空間分布は点状源と整合的であり、ピーク位置はLS I +61 303の光学的対応物と一致した。
• Lomb-Scargle解析により、26.4960日という軌道周期が99.94％の確率で有意であることが確認され、放射の軌道周期従属を支持する結果となった。
• 低状態（例：2007年2月）における放射率の上限は、非検出と整合的であり、350 GeV以上のエネルギーで99％信頼区間の上限が<0.065てんとう座単位であった。