[論文レビュー] Observation of the Supernova Remnant IC 443 with VERITAS

VERITAS Collaboration, T. B. Humensky|ArXiv.org|Sep 27, 2007

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

ひとこと要約

VERITASは、200 GeVを超えるエネルギーで、6.0σの有意水準（試行補正後）で、超新星残骸IC 443からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出。放射線の強度は、かに星雲の約3–4%に相当。放射線は、密度の高い分子雲およびOHメーザーと空間的に一致しており、宇宙線が雲と衝突するはドロン的起源（宇宙線と雲の衝突によるもの）を示唆。これに対して、近接するパルサー風雲状の放射体（PWN）との関連は否定的である。

ABSTRACT

Shell-type supernova remnants (SNRs) accelerate particles at the shock front between the expanding remnant and the swept-up interstellar medium. If these particles include protons and nuclei, very-high-energy gamma-ray emission may result from the decay of pions produced in interactions between cosmic rays and the local insterstellar medium. For SNRs that are interacting with a nearby molecular cloud, such as IC 443, the enhanced matter density provides a target medium that can amplify the gamma-ray emission. IC 443 also contains the pulsar wind nebula (PWN) CXOU J061705.3+222127. PWNe are the most plentiful galactic sources of very-high-energy gamma rays, which are produced in the shock formed at the collision of the pulsar wind with the ambient medium. VERITAS is an array of four 12-m telescopes dedicated to gamma-ray astronomy in the energy band above 100 GeV. Located on Mt. Hopkins in southern Arizona, VERITAS operated during the 2006-2007 season in 2-, 3-, and 4-telescope observation modes. In this talk, results from three-telescope observations of the composite supernova remnant IC 443 during the 2006-2007 season are discussed.

研究の動機と目的

• VERITAS望遠鏡アレイを用いて、複合型超新星残骸IC 443からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出すること。
• VHE放射の空間的・スペクトル的分布を特定し、パルサー風雲状の放射体（PWN）または分子雲ととの関連性を評価すること。
• ガンマ線放射の起源が、はドロン的（陽子-陽子衝突）か、レプトン的（逆コンプトン放射またはPWN放射）かを、多波長の一致を用いて調査すること。
• 明るい星がデータを汚染する可能性がある状況下でも、解析の妥当性を検証すること。
• 超新星残骸における宇宙線加速の理解を深めるとともに、分子雲がガンマ線放射を増幅する役割を明らかにすること。

提案手法

• VERITASは、3台の12m望遠鏡を用いて、源を望遠鏡の視線中心から0.5°ずらしたwobbleモードでIC 443を観測。背景を低減するための手法。
• 天候、ハードウェア安定性、ライブタイム補正を適用した品質制限を設け、合計15.9時間のデータ収集。
• 明るい星（HIP 29655およびHIP 30343）の影響で光電子増幅管（PMT）電流が高くなり、信号が抑制されたピクセルに対してピクセル平滑化処理を適用。
• ガンマ線シャワーとバックグラウンド宇宙線を区別するため、平均スケーリング幅および長さパラメータを用いたガンマ/ヘドロン分離。
• やや拡がったまたはずれた源に適した、リングバックグラウンドモデルをバックグラウンド推定に採用。
• 源の有意水準および放射線強度は、同じ仰角（11°）でのカニ星雲のガンマ線率と比較して決定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IC 443からの200 GeVを超える検出可能な非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線信号は存在するか？
• RQ2 VHE放射は、パルサー風雲状の放射体（PWN）および分子雲に対して空間的にどこに位置するか？
• RQ3 観測されたVHE放射は、密度の高い分子雲内でのはドロン的衝突由来か、それともPWN内のレプトン的過程由来か？
• RQ4 視野内に存在する明るい星がガンマ線解析に与える影響は何か？その影響は軽減可能か？
• RQ5 VHE放射はパワー則スペクトルに一致するか？カニ星雲に対する放射線強度はどの程度か？

主な発見

• VERITASは、事前試行の有意水準7.1σ、試行補正後の有意水準6.0σで、IC 443からの顕著なVHEガンマ線過剰を検出。
• 放射線強度は、200 GeV以上でカニ星雲の約3–4%に相当し、MAGICによる検出結果と整合的。
• VHE放射の重心位置は、赤経06h16m、赤緯+22°30′であり、MAGICの位置と一致。
• Pulsar Wind Nebula（PWN）（J061705.3+222127）から約0.15°ずれており、PWN直接関連とは考えにくい。
• VHE放射は、分子雲で最も密度の高い領域およびOHメーザー放射と空間的に一致しており、宇宙線が雲と衝突するはドロン的起源を支持。
• 明るい星のないガンマ線源が知られていないフィールドを観測した系統的テストにより、明るい星が偽の過剰を引き起こさないことが確認され、解析の妥当性が裏付けられた。