[論文レビュー] Observations of Supernova Remnants with VERITAS

T. B. Humensky|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用数 4

ひとこと要約

VERITASは、カシオペアAおよびIC 443で非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線を検出しており、これらが宇宙線加速源としての立場を確認した。データは、カシオペアAが300 GeV以上でクレーマブネビュラの約3％の放射度を示しているのを示しており、一方IC 443の拡張した放射度は分子雲と相関しており、VHE放射のハドロン的起源を強く支持する。

ABSTRACT

The study of shell-type supernova remnants is a key science focus for the VERITAS TeV telescope array. Supernova remnants (SNRs) are widely considered to be the strongest candidate for the source of cosmic rays below the knee around 10^15 eV. This presentation will highlight new VERITAS results including new measurements of the spectra of Cas A and IC 443 and observations of the "Forbidden Velocity Wing" FVW 190.2+1.1. These results and their implications for the nature of the cosmic rays - hadronic or electronic - accelerated in the remnants will be discussed.

研究の動機と目的

• VERITAS望遠鏡アレイを用いて、超新星残光（SNR）カシオペアAおよびIC 443からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出し、特徴を付けること。
• VHE放射のスペクトル的および形状的性質を分析することで、SNRにおけるレプトン的およびハドロン的加速メカニズムを区別すること。
• ガンマ線がIC 443からハドロン的相互作用によって発生するという仮説を、空間的およびスペクトル的相関を用いて検証すること。
• 高感度VHE観測を通じて、SNRにおける宇宙線加速効率および最大エネルギーの制約を強化すること。
• IC 443領域におけるパルサー風ネビュラ（PWN）であるCXOU J061705.3+222127とのVHE放射の関連性を評価すること。

提案手法

• VERITASはアリゾナ南西部の標高1268 mに位置する4台の12メートル望遠鏡を用い、0.5°〜0.7°のポイントオフセットをとったウブリングモード観測によりステレオ再構成を実現している。
• カメラ画素からの画像パラメータ（幅、長さ、重心、サイズ）は、ピクセルの2パスクリーニングアルゴリズムを用いて抽出され、基準ノイズRMSの5倍と2.5倍をしきい値として用いている。
• ガンマ線とヘドロンの分離には、モンテカルロシミュレーションでキャリブレーションされた照合テーブルから導出された平均スケーリング幅（MSW）および平均スケーリング長（MSL）が用いられている。
• バックグラウンド推定にはリングバックグラウンドモデルが用いられ、有意性は[35]の式17に基づいて計算され、独立した解析による確認も行われた。
• スペクトル解析は、源のイベント率をクレーマブネビュラの放射度と比較することで実施され、放射度およびスペクトル指数の決定が可能になった。
• 源の拡張度は、源中心からの2乗角距離の分布に2次元ガウス分布をフィットさせることで評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カシオペアAからのVHEガンマ線放射は点源と整合的か？ 300 GeV以上での放射度およびスペクトル指数は？
• RQ2 IC 443からのVHE放射は、分子雲およびOHメーザー放射と空間的に相関しており、ハドロン的起源を支持するか？
• RQ3 IC 443の急勾配なVHEスペクトルは、エネルギー依存の拡散や低最大加速エネルギーといったハドロン的プロセスで説明可能か？
• RQ4 IC 443からのVHE放射は、分子雲とのハドロン的相互作用によるものか、それとも関連PWNからのレプトン的放射によるものか？
• RQ5 VER J0616.9+2230と0FGL J0617.4+2234の間の0.15°の分離は有意義か？ これはエネルギー依存の形態的特徴を示唆するか？

主な発見

• VERITASはカシオペアAを9.8σの有意性で検出しており、300 GeV以上でクレーマブネビュラの放射度のおよそ3％の放射度を測定した。
• カシオペアAの放射は、VERITASの角分解能内では点源と整合的であり、スペクトル指数の最終的決定のためのスペクトル解析が進行中である。
• IC 443は2次元ガウス分布でフィットした場合、約0.16°の拡張したVHE放射を示しており、点源をはるかに超える空間的拡張を示している。
• IC 443の300 GeV以上の積分放射度は、クレーマの放射度の3.2％であり、パワーロウのフィットと整合的であるスペクトル指数を示している。
• IC 443のVHE放射は、分子雲の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、ハドロン的起源を強く支持する。
• PWNであるCXOU J061705.3+222127を含む代替説は可能ではあるが、VHE放射度がパルサーのスピンダウン放射度のおよそ0.04％にとどまることから、より好ましくない。