[論文レビュー] Sky monitoring with ARGO-YBJ

S. Vernetto, Z. Guglielmotto+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 12

ひとこと要約

ARGO-YBJはチベットに設置されたフルカバレージのエアシャワー検出器を用いて、0.6 TeV以上のエネルギーで424日間にわたり天の川の監視調査を実施し、7.0σの有意度でカブスネビュラ（Crab Nebula）と8.0σの有意度でMrk421を検出。この研究では、10°–30°の角サイズを示す2つの説明のつかない宇宙線過剰領域を特定し、10日および30日スケールでのMrk421の著しいフレア活動を観測。X線フレアと相関していた。

ABSTRACT

A sky monitoring at gamma ray energy E > 0.6 TeV has been performed by the full coverage Extensive Air Shower detector ARGO-YBJ, located in Tibet at 4300 m of altitude. We monitored 135 galactic and extragalactic gamma ray sources in the sky declination band from -10 to +70 degrees for 424 days, detecting the Crab Nebula and Mrk421 with a significance respectively of 7.0 and 8.0 standard deviations. For a set of 11 AGNs known to emit in the TeV energy range, the search has been performed in time scales of 1, 10 and 30 days in order to study possible flaring activities. Significant emissions has been observed from Mrk421 in the time scales of 10 and 30 days, during June and March 2008, when the source had a strong activity also observed in the X-rays waveband. The analysis of the background has revealed the existence of a significant excess of the CR flux in two localized regions of angular size 10-30 degrees, in agreement with previous indications.

研究の動機と目的

• チベットに設置されたARGO-YBJエアシャワー検出器を用いて、E > 0.6 TeVの高エネルギーガンマ線の空域をモニタリングすること。
• 特に変動性のある活動銀河核（AGN）を含む、非常に高エネルギーのガンマ線点源を検出および特徴付けること。
• Milagroが以前に観測した中規模の宇宙線非一様性の起源を解明すること。
• 1日、10日、30日スケールでの既知のTeV AGNからの時間変動ガンマ線放射を調査すること。
• 高度なバックグラウンド抑制および角度分解能技術を用いて、ガンマ線源検出感度を向上させること。

提案手法

• ARGO-YBJは、6600 m²の有効面積を持つ153の抵抗板チャネル（RPC）のフルカバレージアレイを用い、宇宙線およびガンマ線からの広範囲のエアシャワーを検出。
• イベント選別は、中央カーペットで40パッド以上が作動し、天の川角が40°未満の条件を満たすものに限定。到達方向はパッドヒットの時間および空間情報から再構築。
• バックグラウンド推定には、4時間のバッファからランダムに時間シフトを適用し、1つの実際のイベントに対して10個の偽イベントを生成する時間入れ替え法を用いた。
• スカイメップ作成にはHEALPix画素化を用い、N_pad ≥ 40、100、300の各条件下でそれぞれψ = 1.3°、0.7°、0.5°の最適化された角度分解能を達成。
• 信号マップは、イベントマップからバックグラウンドマップを差し引いて得られ、各画素ごとの過剰の統計的有意度が計算された。
• AGNフォローアップのため、1日、10日、30日間隔で11の既知のTeV放射AGNについて時間分解分析を実施。光度上限は、EBL吸収を考慮したべき乗法スペクトルを仮定して導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 降臨度範囲-10°から+70°の領域において、E > 0.6 TeVのエネルギー帯で顕著な点源的ガンマ線源が存在するか？
• RQ2 ARGO-YBJは、1日、10日、30日スケールでの既知のTeV AGNのフレア活動を検出可能か？
• RQ3 天の川に観測された2つの中規模の宇宙線過剰領域（10°–30°の角サイズ）の起源は何か？
• RQ4 検出器の角度分解能およびバックグラウンド抑制性能が、源検出感度にどのように影響するか？
• RQ5 非検出AGNの観測された光度上限が、それらの固有の放射特性をどの程度制限するか？

主な発見

• カブスネビュラは、エネルギー範囲E > 0.6 TeVにおいて7.0標準偏差の有意度で検出された。
• Mrk421は8.0標準偏差の有意度で検出され、これはその強力なTeVガンマ線源としての地位を再確認した。
• 2008年3月および6月に、10日および30日スケールでMrk421に顕著なフレア活動が観測され、X線フレアと一致した。
• α ~ 120°、δ ~ 40°およびα ~ 240°、δ ~ 40°に位置する2つの説明のつかない宇宙線過剰領域が特定され、それぞれ約10°–30°の角スケールで、フラックスが約0.1%増加していた。
• 非検出AGNについては、0.6 TeV以上の積分光度に対する上限が導出され、424日間の平均で11の源に対して最も感度が高い上限は約1.5 × 10⁻¹² ph cm⁻² s⁻¹であった。
• 持続期間n日の一時的フレアの光度上限は、T = 424日間の上限を√(T/n)でスケーリングすることで推定できる。