[論文レビュー] Optimizing the angular resolution of the HEGRA telescope system to study the emission region of VHE gamma rays in the Crab Nebula

HEGRA Collaboration, F. Aharonian|arXiv (Cornell University)|Jul 25, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、HEGRA像気中チェレンコフ望遠鏡システムの角度分解能を最適化し、カブスネビュラからの超高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の空間的広がりを調査する。観測されたガンマ線の角度分布をモンテカルロシミュレーションと、Mrk 501からの点源測定と比較することで、VHE放射領域のrmsサイズが1.5′未塔であることが制限され、これはパルサー付近のコンactな源と整合的であり、荷電粒子過程や衝撃波前で局所的に加速する電子による放射メカニズムを示唆している。

ABSTRACT

The HEGRA system of imaging atmospheric Cherenkov telescopes provides for specially selected classes of events an angular resolution of better than 3'. By comparing the measured angular distribution of TeV gamma rays from the Crab Nebula with the distribution expected on the basis of Monte Carlo simulations, and with measurements of gamma rays from the point source Mrk 501, we conclude that the rms size of the VHE gamma-ray emission region in the Crab Nebula is less than 1.5'.

研究の動機と目的

• HEGRA IACTシステムの拡張VHEガンマ線源に対する角度分解能能力を評価すること。
• 高精度な方向再構成を用いて、カブスネビュラにおけるVHEガンマ線放射領域の空間的広がりを特定すること。
• 源のサイズ制約に基づき、観測された放射が逆コンプトン生成か荷電粒子生成モデルと整合するかを検証すること。
• TeVエネルギー領域における源の位置およびサイズ測定の系統的および統計的不確実性を評価すること。
• X線および可視光の形状と比較して、源の位置がパルサーおよび衝撃波前に対してどこに位置するかを推論すること。

提案手法

• HEGRAシステムのステレオスコピック像気中チェレンコフ望遠鏡データを用い、ガンマ線シャワーの到着方向を1分未塔の精度で再構成した。
• 特別に選別されたイベントに対して、3′未塔の角度分解能を達成するためのイベント選別基準を適用した。
• ガンマ線シャワーの発展および機器応答のモンテカルロシミュレーションを実施し、予想される角度分解能関数をモデル化した。
• カブスネビュラからのVHEガンマ線の観測された角度分布をシミュレーション分布と比較し、源のサイズを推定した。
• 機器の角度分解能を検証し、大規模なハロー効果が存在しないことを確認するため、校正用点源としてMrk 501を用いた。
• エネルギー依存の源サイズを分析するため、再構成エネルギーが5 TeV以上のイベントを選別し、高エネルギー領域の放射領域を調査した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HEGRAシステムが測定するカブスネビュラにおけるVHEガンマ線放射領域の固有の角度的広がりは何か？
• RQ2 カブスネビュラからのVHEガンマ線放射は点源としての性質を示すか、数分にわたって広がっているか？
• RQ3 測定された源サイズは、逆コンプトンおよび荷電粒子生成モデルの予測とどのように一致するか？
• RQ4 HEGRAシステムの角度分解能を考慮すると、VHE放射とパルサーまたはX線放射領域との間で空間的オフセットを解像できるか？
• RQ5 TeVエネルギー領域における源サイズ測定に影響を与える系統的および統計的不確実性は何か？

主な発見

• HEGRAシステムは、選別されたイベントに対して3′未塔の角度分解能を達成し、高精度な源サイズ測定を可能にした。
• モンテカルロシミュレーションとの比較に基づき、カブスネビュラにおけるVHEガンマ線放射領域のrmsサイズは1.5′未塔に制限された。
• 再構成エネルギーが5 TeV以上のイベントに対しては、源サイズの上限は1.7′であり、高エネルギー領域では点源に一致する。
• 再構成されたTeV放射ピークはパルサー位置から0.2′オフセットしており、系統的誤差±0.5′の範囲内でX線放射中心と整合的である。
• 観測された源サイズの上限は、Mrk 501データによって確認されたように、大規模なハローや広がりのある放射成分が存在しないことと整合的である。
• rmsサイズ1.5′の上限は、表面源では最大半径2.6′、体積源では最大半径3.4′に対応し、放射が極めて局所的であることを示している。