[論文レビュー] Observations of 1ES 0647+250 and 1ES 0806+524 with VERITAS

P. Cogan|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、VERITASを用いた2つの高エネルギーブラザール、1ES 0647+250および1ES 0806+524の観測結果を報告し、非常に高エネルギーのガンマ線放射の有無を調査した。深い露出にもかかわらず、有意な放射は検出されなかったが、1ES 0806+524の上限は理論的予測を上回っており、特定の仮定の下ではシンクロトロン自己コンプトンモデルに矛盾する可能性がある。

ABSTRACT

Observations of the blazars 1ES 0647+250 and 1ES 0806+524 with VERITAS are reported here. These objects are among the favoured candidate extragalactic sources in the very high-energy regime due to the presence of high-energy electrons and adequate seed photons. The presence of high-energy electrons is established from the location of the synrchrotron peak in the spectral energy distribution of the blazars. The presence of adequate seed photons is determined by the flux in the radio-through-optical wavebands. These are the key ingredients for very high-energy gamma-ray emission in the context of the synchrotron self-Compton model. The redshift of 1ES 0647+250 has been tentatively reported as 0.203 and the redshift of 1ES 0806+524 is 0.138, thus the detection of very high-energy gamma-ray emission from these objects could make significant contributions to the understanding of the extragalactic infrared background light. The analysis of these data relies on standard techniques in very high-energy gamma-ray astronomy, and the results are compared to previously reported upper limits and to theoretical predictions.

研究の動機と目的

• VERITASのコンmissioningフェーズ中に、1ES 0647+250および1ES 0806+524からの非常に高エネルギーのガンマ線放射の有無を調査すること。
• シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルに基づく理論的予測を、これらの源からの非常に高エネルギー放射の観測に基づいて検証すること。
• より深い観測と最適化された解析手法を用いて、過去のフラックス上限を改善すること。
• 非検出結果が、銀河間赤外背景およびブラザール放射メカニズムのモデルに与える影響を評価すること。

提案手法

• 観測は、オフセットを右帰差または赤緯方向に±0.3°または±0.5°に設定したウッブルモードで実施され、ソース内積分時間を最大化した。
• データは、標準的な地上ガンマ線天文学的手法を用いて解析された。特に、信号とバックグラウンドの分離には、平均スケーリング幅および長さ（MSW/MSL）によるシャワー像のパrameter化が用いられた。
• バックグラウンド推定には、反射領域法が採用され、感度を最大化するためにカシオペアネビュラのデータを用いてカットを最適化した。
• 統計的有意性および上限は、Li & Ma法を用いて計算され、検定統計量は $ p I\bigl(-C/\rho\bigr) = I\bigl((C^{UL} - C)/\rho\bigr) $ で定義された。ここで $ \rho = \bigl( \text{on} + \bar{\theta}^2 \text{off} \bigr)^{1/2} $ である。
• エネルギー閾値は、異なる天の赤道角におけるモンテカルロシミュレーションの補間を用い、各データセットの平均高度を基に決定された。
• フラックス上限は、観測されたカウント数の上限をカシオペアネビュラ単位にスケーリングし、物理的フラックス単位に変換することで導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラザール1ES 0647+250は、0.3 TeV以上の非常に高エネルギーのガンマ線放射を検出可能であるか？
• RQ2 ブラザール1ES 0806+524はTeV放射の兆候を示しており、そのフラックスは理論的SSCモデル予測とどのように比較されるか？
• RQ3 新しいVERITASの上限は、過去の測定値およびCostamanteおよび修正Fossatiモデルによる理論的フラックス予測とどのように比較されるか？
• RQ4 非検出結果は、銀河間赤外背景および高赤方偏移ブラザールのSSCモデルの妥当性をどの程度制約するか？
• RQ5 観測期間中の多波長フラックスの変動は、モデル予測と観測上限の差異を説明できるか？

主な発見

• 2006年11月から2007年3月にかけてのVERITAS観測において、1ES 0647+250および1ES 0806+524からの有意なガンマ線放射は検出されなかった。
• 1ES 0806+524の99%信頼水準での上限は、34.7時間の露出と3台望遠鏡アレイを用いて得られた $ \boldsymbol{0.13 \times 10^{-11}~\text{cm}^{-2}~\text{s}^{-1}} $ であり、0.3 TeV以上で有効である。
• 1ES 0806+524の上限は、Costamanteモデルの予測値 $ 1.36 \times 10^{-11}~\text{cm}^{-2}~\text{s}^{-1} $ を上回っており、モデルと潜在的な矛盾を示唆している。
• 1ES 0647+250については、上限が $ 0.62 \times 10^{-11}~\text{cm}^{-2}~\text{s}^{-1} $ であり、Costamanteモデルの予測値 $ 0.59 \times 10^{-11}~\text{cm}^{-2}~\text{s}^{-1} $ よりも低いが、差はわずかである。
• 1ES 0806+524の3台望遠鏡データセットのエネルギー閾値は $ 0.36~\text{TeV} $ であり、最高エネルギーのガンマ線に感度があることを示している。
• 検出不能であり、予測フラックスも低いため、今後VERITASによるこれらの源の深宇宙観測は不確実であるが、多波長フレアが発生した場合にはターゲット・オブ・オポーチュニティキャンペーンが有効である可能性がある。