[論文レビュー] Observations of the Large Magellanic Cloud with Fermi

J. Knödlseder, P. Jean|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、11か月間のFermi/LATデータを用いて、大マゼラン雲（LMC）の最初の空間的解像度の高いガンマ線マップを提示する。その結果、ガンマ線放射は、星形成領域（例：30 Doradus）と強く相関しているが、星間ガス密度とは相関しないことが明らかになった。この結果は、LMCにおける宇宙線が主に星風や超新星活動によって加速されており、GeVエネルギーの陽子の拡散長が短いことを示唆している。

ABSTRACT

We report on observations of the Large Magellanic Cloud with the Fermi Gamma-Ray Space Telescope. The LMC is clearly detected with the Large Area Telescope (LAT) and for the first time the emission is spatially well resolved in gamma-rays. Our observations reveal the massive star forming region 30 Doradus as a bright source of gamma-ray emission in the LMC. The observations furthermore show that the gamma-ray emission correlates little with the gas density of the LMC. Implications of this finding will be discussed.

研究の動機と目的

• 大マゼラン雲（LMC）からの高エネルギーガンマ線放射の空間的分布を、これまでにない解像度でマッピングすること。
• LMCにおけるガンマ線放射と星間ガス密度の相関を調査すること。
• LMCにおける宇宙線加速が、大質量星形成領域、パルサー、または超新星残骸に関連しているかどうかを特定すること。
• 低ガス密度相関が外部銀河における宇宙線輸送および加速メカニズムに与える影響を評価すること。

提案手法

• 2008年8月から2009年7月までの274.3日間のFermi/LATデータを分析し、'Diffuse'イベント選別と天頂角のカットを用いて背景汚染を最小限に抑える。
• 銀河系の拡散放射、等方的外部銀河的背景および機器背景を組み合わせたバックグラウンドモデルを構築し、スペクトルパラメータを自由にした6つの既知のブラザール点源を含める。
• 信号対雑音比5の適応的平滑化をバックグラウンド差し引いたカウントマップに施し、構造を明らかにするとともに、光子カウントノイズを抑制する。
• 平滑化されたカウントマップをH I列密度マップで割ることでガンマ線発光度を計算し、LAT機器応答関数で畳み込む。
• 全LMC水素質量が7.2×10⁸ M☉に一致するようにH I列密度マップを正規化し、潜在的なダークガスを考慮する。
• 発光度マップをガス分布（N(H)）、Wolf-Rayet星、超新星残骸、およびスーパー大規模シェルと重ね合わせ、空間的相関を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LMCにおけるガンマ線放射の空間的分布は、宇宙線反応によって予想される星間ガス密度と相関しているか？
• RQ2 LMCにおけるガンマ線放射は、30 Doradusのような大質量星形成領域およびWolf-Rayet星やH II領域といったトレーサーとより強く相関しているか？
• RQ3 ガンマ線放射とガス密度の低相関は、LMCにおける宇宙線の拡散および閉じ込めにどのような意味を持つのか？
• RQ4 観測されたガンマ線発光度マップは、星風および超新星駆動環境における宇宙線加速によって説明可能か？
• RQ5 パルサーや超新星残骸といった個々の源は、LMC全体のガンマ線放射に果たす役割は何か？

主な発見

• Fermi/LATにより、大マゼラン雲が明確に検出され、初めて空間的解像度の高いガンマ線放射マップが得られた。
• 大質量星形成領域である30 Doradusは、LMC内で最も明るいガンマ線源として特定された。
• ガンマ線放射は、LMCディスク全体で星間ガス密度（N(H)）とほとんど相関しない。
• 代わりに、H II領域、Wolf-Rayet星、およびスーパー大規模シェルといった大質量星形成のトレーサーと強く相関している。
• 観測された発光度パターンは、星風および超新星からのエネルギー供給によって、宇宙線が大質量星形成領域で加速されているという仮説を支持する。
• ガンマ線放射が星形成領域に強く閉じ込められていることから、LMCにおけるGeVエネルギーの宇宙線陽子の拡散長が短いことが示唆される。