[論文レビュー] SPI observations of positron annihilation radiation from the 4th galactic quadrant: sky distribution

G. Weidenspointner, V. Lonjou+15 more|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2004

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、1年間のINTEGRAL/SPIデータを分析し、第4銀河クアッドラントにおける511 keV陽電子消失線放射のマッピングを実施した。ガウス的バルジ成分の全波幅半値（FWHM）は$8^\circ{}^{+3^\circ}_{-2^\circ}$であり、OSSEの結果と整合的である。一方、ディスク放射の上限が得られ、バルジ対ディスク放射率比が少なくとも0.5–0.8に制限され、DIRBEマップやType Ia超新星のような特定の源分布は排除された。

ABSTRACT

During its first year in orbit the INTEGRAL observatory performed deep exposures of the Galactic Center region and scanning observations of the Galactic plane. We report on the status of our analysis of the positron annihilation radiation from the 4th Galactic quadrant with the spectrometer SPI, focusing on the sky distribution of the 511 keV line emission. The analysis methods are described; current constraints and limits on the Galactic bulge emission and the bulge-to-disk ratio are presented.

研究の動機と目的

• INTEGRAL/SPIデータを用いて、第4銀河クアッドラントにおける511 keV陽電子消失放射の天球分布を特定すること。
• 511 keV放射のバルジおよびディスク成分の放射率と空間的広がりを制限すること。
• バルジ対ディスク放射率比（B/D）を評価し、陽電子源モデルに与える影響を検討すること。
• 正の緯度方向増強（PLE）またはその他の拡張成分の存在を検証すること。
• より高いダイナミックレンジとスペクトル分解能を備えたINTEGRALデータを用いて、以前のOSSEに基づく放射率および空間的制限を改善すること。

提案手法

• INTEGRALコアプログラムからの深紫外露出（GCDE）および銀河平面走査（GPS）の1.8および2.0 × 10⁶ sのデータを分析。
• SPIの高分解能分光器を用い、エネルギー分解能約6 keV FWHMで511 keVガンマ線線の検出と特徴抽出を実施。
• バルジ成分にガウス的径方向プロファイルを、ディスクおよびハロー成分には別個の成分を用いて天球分布をモデル化。
• 観測された放射率分布にフィットさせ、バルジおよびディスク成分のFWHM、重心位置、放射率を決定。
• 露出マップおよびバックグラウンドモデリングを用いて、機器的および天球依存の効果を補正。
• DIRBE 35および240 μmマップを用い、観測された放射率上限と比較することで、B/D比の下限を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 第4銀河クアッドラントにおける511 keV陽電子消失線放射の空間的広がりと分布は何か？
• RQ2 放射の重心が銀河中心から著しくずれている証拠はあるか？
• RQ3 ディスク成分の放射率上限は何か？ そして、バルジ対ディスク放射率比（B/D）にどのような意味を持つのか？
• RQ4 データは正の緯度方向増強（PLE）成分の存在を支持するか？
• RQ5 どの天文学的陽電子源モデルが観測された放射率および空間的分布と整合的か？

主な発見

• 第4銀河クアッドラントにおける511 keV線放射は、全波幅半値が$8^\circ{}^{+3^\circ}_{-2^\circ}$のガウス的バルジ成分で最もよく記述され、2σレベルでOSSEの結果と整合的である。
• バルジ放射率は$(0.96^{+0.21}_{-0.14}) \times 10^{-3}$ ph cm⁻² s⁻¹で測定され、ガウスプロファイルの幅に起因する不確実性が支配的である。
• バルジ分布に球対称性からの顕著なずれは観測されず、わずかな経度方向の伸びが示唆されるが、これはやや弱いディスク放射の可能性を示唆している。
• ガウス的バルジモデルの重心は、2.1σレベルで銀河中心と一致しており、Tuellerら（1996年）によるOSSEデータを用いた報告位置ともほぼ一致している。
• ディスク放射率の上限から、バルジ対ディスク比（B/D）の下限は35 μmマップを用いると0.5、240 μmマップを用いると0.8となり、DIRBEマップやType Ia超新星が唯一の源である可能性は排除される。
• 正の緯度方向増強（PLE）成分の顕著な証拠は得られず、以前のOSSEによるやや曖昧な検出とは矛盾する。