[論文レビュー] Observation of selected SNRs with the MAGIC Cherenkov Telescope

E. Carmona, M. T. Costado+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、マジック・チェレンコフ望遠鏡を用いて、選択された超新星残骸（SNRs）の2年間の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線観測を報告する。主な対象はタイコと9つの電波選択SNRsである。高い感度と最適化された選択基準にもかかわらず、270 GeV以上のエネルギーで顕著なVHE放射は検出されず、上界はカブスネビュラの放射の5%から25%の範囲にとどまる。

ABSTRACT

Supernova Remnants (SNRs) are believed to be the acceleration sites of galactic cosmic rays. As such they are expected to produce Very High Energy (VHE) gamma-rays through hadronic and/or electromagnetic scenarios, hence they are natural targets for observations with ground-based Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs). Currently, VHE emission has been detected from several SNRs, making them one of the most abundant types of established galactic VHE sources. The MAGIC telescope, located in the Canary island of La Palma, has been performing observations of several SNRs over the last two years. Parameters like age, distance, radio flux, or possible EGRET association (i.e., criteria matching those already used for previous successful IACT SNR detections), were used to select candidate targets. Here we summarize the results of the past two years of observations.

研究の動機と目的

• 若いSNRsが、核反応的または電磁的粒子加速機構によってVHEガンマ線を放出するという仮説を検証すること。
• マジック・チェレンコフ望遠鏡を用いて、タイコSNRおよび9つの電波選択SNRsからのVHEガンマ線放射を探索すること。
• 特に拡大または中心からずれた源の場合に、源の距離、サイズ、位置が検出感度に与える影響を評価すること。
• 観測結果をSNRsからのガンマ線放射に関する理論的予測と比較し、特にタイコSNRについて検討すること。
• 観測データに基づいて、候補SNRsのVHE放射に対する厳密な上界を確立すること。

提案手法

• 既知のVHE放射源に類似した特性を持つSNRsを模倣するため、電波フレックス（≥49 Jy）、スペクトル指数（≤0.6）、距離（≤7 kpc）、年齢（≤50,000年）に基づくターゲット選定。
• ラ・パルマに設置されたマジック望遠鏡を用いて、ウッブルモードで観測を実施。17 mの直径を有する反射鏡と、2 GHzのFADCトリガーを備えたデータ取得システムを採用。
• 月観測では8/4 pe、暗黒条件では6/3 peの境界閾値を用いた時間-画像クリーニング手法を適用し、背景を低減。
• カブスネビュラの正規化を仮定した上で、ウッブル位置の中心に位置する点源として、270 GeV以上の積分的放射率上界（3σ）を計算。
• スカイマップ再構成と有意性評価を実施し、拡大または中心からずれた放射の有無を探索。W51などの既知の源と比較。
• 源のオフセットを考慮した感度推定を実施。例として、0.5°のオフセットでは5%カブスネビュラ放射率を検出するには約30時間が必要であり、これは中心点源の8時間と比較して感度が低下していることを示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 理論的予測放射レベルを考慮した場合、現在のマジック望遠鏡の感度ではタイコSNRがVHEガンマ線で検出可能かどうか。
• RQ2 既知のVHE放射源（例：IC443、RXJ1713）に類似した性質を有する電波選択SNRsが、VHEガンマ線放射を検出可能かどうか。
• RQ3 望遠鏡の指向中心からずれた源が、拡大または中心からずれたVHE源として検出可能に与える影響は。
• RQ4 理論的予測放射に基づく場合、VHE放射率の上界がタイコSNRまでの距離に与える制約は。
• RQ5 観測されたスカイマップと有意性マップが、W51からのMILAGRO信号のような以前のVHE検出をどの程度支持または矛盾させるか。

主な発見

• 観測期間中に、タイコSNRおよび9つの電波選択SNRsのいずれに対しても、顕著なVHEガンマ線放射（>5σ）は検出されなかった。
• 270 GeV以上の積分的放射率上界（3σ）は、HB-9で1.60×10⁻¹¹ ph cm⁻² s⁻¹（11%カブスネビュラ）から、CTB-80で3.56×10⁻¹¹ ph cm⁻² s⁻¹（25%カブスネビュラ）の範囲に分布した。
• 最も感度の高い上界は、11.4時間の有効観測時間で暗黒条件で観測されたW66で、6.68×10⁻¹² ph cm⁻² s⁻¹（5%カブスネビュラ）であった。
• 源が観測中心から0.5°ずれている場合、5%カブスネビュラ放射率を検出するには約30時間の観測が必要となり、オフアックス源では感度が低下することが明らかになった。
• W51のスカイマップには、MILAGRO源J1923.0+1411と一致する約3σの有意性領域が観測されたが、放射率は9%カブスネビュラの上界を下回っており、顕著な検出とは言えなかった。
• 理論的予測にもかかわらずタイコで検出がなかったことから、距離が一般的に想定されているよりも長い可能性（3.5 kpcを超える可能性）が示唆され、放射が核反応的である場合、標準モデルが揺らぐ可能性がある。