[論文レビュー] Searching for TeV emission from GRBs: the status of the H.E.S.S. GRB programme

D. Lennarz, P. M. Chadwick+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射をガンマ爆発（GRB）から検出するためのH.E.S.S.ガンマ線望遠鏡計画の現状をレビューし、世界最大のIACTであるH.E.S.S. IIの導入に伴う感度向上——600 m²のメタルミラー、数十GeVの低エネルギー閾値、高速な再指向性能——を強調している。GRB 100621Aからは顕著なVHE放射は検出されなかったが、本研究は潜在的な高エネルギースペクトル成分に対する重要な上限を確立し、H.E.S.S. IIが今後のGRB検出に備えていることを示している。

ABSTRACT

H.E.S.S. is an array of five Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) located 1800 m above sea level in the Khomas Highland of Namibia and is sensitive to very-high-energy (VHE) gamma rays between tens of GeV to tens of TeV. The very-high background rejection capabilities of IACTs provide excellent sensitivity of H.E.S.S. to GRBs. In this contribution the status of the H.E.S.S. GRB programme, already started in 2003, is reviewed. A highlight is the recent addition of the fifth telescope, which is the world's largest IACT. Its 600 square metre mirror lowers the energy threshold to tens of GeV and provides an effective area that is ten thousands of times larger than Fermi-LAT at these energies. The higher performance drive system will reduce the response time to a GRB alert, which will significantly enhance the chances of a H.E.S.S. GRB detection. Recent results on selected GRBs will be shown.

研究の動機と目的

• H.E.S.S.のGRB計画が非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射をGRBから検出できる状態と能力を評価すること。
• H.E.S.S. IIの改良——大がかりなミラー、低エネルギー閾値、高速再指向——が検出可能性をどのように向上させるかを評価すること。
• 特にGRB 100621Aを含む特定のGRBからの観測データを分析し、VHE放射の上限を設定し、スペクトルモデルを検証すること。
• VHE放射の意味がGRB放射メカニズムおよび赤外銀河背景光（EBL）吸収に与える影響を理解すること。

提案手法

• ナミビアに位置する5台のイメージング大気チェレンコフ望遠鏡（IACT）からなるH.E.S.S.アレイを用い、30 GeVから数十TeVのVHEガンマ線に感度を持つ。
• 少なくとも2台の望遠鏡を用いた立体的画像解析により、空気シャワーを再構築し、背景雑音の抑制を向上させる。
• 点源解析においては、背景を反映させる手法を用い、背景を超えるガンマ線イベントの過剰を探索する。
• GCNを介した自動アラートシステムを活用し、GRBのトリガーに迅速に対応する。H.E.S.S. IIのおかげで応答時間が著しく短縮された。
• EBL吸収を補正したプロンプトGRB放射のスペクトル外挿を実施し、H.E.S.S.の上限と比較する。
• 時間チャンク（例：トリガー後最初の300秒）を用いて、短時間スケールのVHE放射を探索する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H.E.S.S.は、高輝度のプロンプト放射とフェルミ-LATで観測された延長した高エネルギー放射を示すGRBからVHEガンマ線放射を検出できるか？
• RQ2 H.E.S.S. IIの改良——低エネルギー閾値と高速再指向——が、VHE GRB放射の検出確率をどのように向上させるか？
• RQ3 H.E.S.S.の上限は、GRB 100621AのようなGRBの高エネルギースペクトルに硬いパワーロー法則成分が存在する可能性をどの程度制約するか？
• RQ4 赤外銀河背景光（EBL）吸収は、VHE GRB放射の検出可能性にどの程度影響を与えるか？また、上限はEBLモデルの検証にどのように寄与するか？
• RQ5 複数のGRBアラートがH.E.S.S.で観測されなかった理由は何か？また、迅速なフォローアップを妨げる運用的・技術的課題は何か？

主な発見

• H.E.S.S.は、赤方偏移z=0.542を示し、これまでに観測された中で最も近く、最も明るいプロンプトバーストであるGRB 100621Aから顕著なVHEガンマ線放射を検出しなかった。
• GRB 100621AのVHE放射に対するH.E.S.S.の上限は、プロンプト放射が遅延しないと仮定した場合、数十GeVまで延長する硬いパワーロー法則スペクトル成分が存在しないことを排除する。
• H.E.S.S. IIの導入により、エネルギー閾値が数十GeVまで低下し、これらのエネルギー帯で有効面積がフェルミ-LATと比較して10,000倍に増加した。
• H.E.S.S. IIの高速再指向システムにより、GRBアラートへの応答時間が短縮され、プロンプトVHE放射の検出確率が著しく向上した。
• 好条件にもかかわらず、天候、技術的問題、赤方偏移情報の遅延のため、観測機会を失ったケースが複数あり、運用上の課題が浮き彫りになった。
• 本研究は、H.E.S.S. IIが今後、フェルミ-LATが観測したような延長または遅延した高エネルギー放射を示すGRBのVHE放射を調査できる能力を備えていることを示している。