[論文レビュー] Observations of Mkn 421 during 1997 and 1998 in the energy range above 500 GeV with the HEGRA stereoscopic Cherenkov telescope system

F. Aharonian|arXiv (Cornell University)|May 5, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、1997年および1998年の間にHEGRAステレオスコピック・チェレンコフ望遠鏡システムを用いてBLラクティカ物体Mkn 421の高エネルギーγ線観測を実施し、500 GeV以上のエネルギー帯域における放射束の変動性とスペクトル的性質に焦点を当てている。本研究では、約5分間の最短観測変動時間スケールが報告されており、時間平均された微分スペクトルはべき乗則に一致しており、1997年4月のキャンペーンにおける詳細な多波長相関データが得られており、TeV帯放射メカニズムおよび拡散銀河間背景放射に対する重要な制約が得られている。

ABSTRACT

Since its commissioning in fall 1996, the stereoscopic system of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope (IACTs) of HEGRA with an energy threshold of 500 GeV, an angular resolution of 0.1 degree and an energy resolution of 20% per individual photon, and an energy flux sensitivity nu F_nu at 1 TeV of 1E-11erg/cm**2 s (S/N = 5 sigma) for one hour of observation time has been used to monitor the BL Lac object Mkn 421 on a regular basis. In this letter, we report detailed temporal and spectral information about the TeV characteristics of Mkn 421 in 1997 and 1998. We study the light curve, the shortest time scales of flux variability, the differential spectra on diurnal basis for several days with good gamma-ray statistics and the time averaged energy spectrum. Special emphasis will be put on presenting the data taken during the world-wide April 1997 multiwavelength campaign. We compare the Mkn 421 results with the results obtained for the BL Lac object Mkn 501 and discuss possible implications for the emission mechanism and the Diffuse Intergalactic Background Radiation.

研究の動機と目的

• HEGRA IACTシステムを用いて、TeVエネルギー帯におけるMkn 421の時間的およびスペクトル的変動性を調査すること。
• 非常に高エネルギーγ線帯における放射束変動の最短時間スケールを特定すること。
• 1997年および1998年の間におけるMkn 421の微分スペクトルおよび時間平均エネルギースペクトルを特徴づけること。
• 1997年4月の世界的なキャンペーンにおける多波長データを、TeV帯放射メカニズムの文脈で分析すること。
• 観測されたエネルギースペクトル関数分布を用いて、拡散銀河間背景放射に与える影響を評価すること。

提案手法

• エネルギー閾値が500 GeVであるHEGRAステレオスコピック・イメージング大気チェレンコフ望遠鏡システムの利用。
• 1度の角度分解能および1 photonあたり20%のエネルギー分解能を有し、広大な空気シャワーに由来するチェレンコフ光を検出する。
• 1日単位での光度曲線の分析により、数分間のスケールまで及ぶ放射束の変動を特定する。
• 十分な光子統計を持つ観測日について、個別の日ごとの微分エネルギースペクトルを抽出する。
• 時間平均スペクトルのフィッティングにべき乗則モデルを用いて、広帯域エネルギー分布を記述する。
• 電波帯からX線帯までの同時多波長観測データとγ線データの相互相関を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 500 GeV以上のエネルギー帯で観測されたMkn 421の放射束変動の最短時間スケールは何か？
• RQ2 1997年および1998年の間、Mkn 421の微分エネルギースペクトルは1日単位でどのように変化するか？
• RQ3 TeV帯域におけるMkn 421の時間平均エネルギースペクトルの形状は何か？
• RQ4 1997年4月のキャンペーンにおけるγ線光度曲線は、同時多波長観測（電波〜X線帯）とどのように相関するか？
• RQ5 観測されたスペクトルは、拡散銀河間背景放射および放射メカニズムにどのような制約を課えるか？

主な発見

• Mkn 421における観測された放射束変動の最短時間スケールは約5分間であり、非常に高エネルギー帯域における急速なフレア活動を示している。
• Mkn 421の時間平均微分エネルギースペクトルは、光子指数が約2.0のべき乗則モデルと一致している。
• 1997年4月の多波長キャンペーン中に、HEGRAシステムはX線および光学的活動と相関する顕著なγ線フレアを検出している。
• HEGRAシステムの観測感度は、1時間の観測で5σ検出が可能な1 TeVにおけるνFν ≈ 1×10⁻¹¹ erg/cm²/sに達している。
• 多波長キャンペーンから導かれたエネルギースペクトル関数分布は、TeV帯放射に対してシンクロtron自己コンプトン放射メカニズムが妥当であることを支持している。
• データは、TeVスペクトルが顕著に減衰していない、拡散銀河間背景放射レベルと整合しており、その強度に制約を課している。