[論文レビュー] TeV Gamma-Ray Emission Observed from Geminga with HAWC

B. M. Baughman, J. Wood|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 21被引用数 8

ひとこと要約

HAWCは、ゲミンガパulsarと空間的に一致する拡張されたTeVガンマ線源を検出。Milagroの以前の観測で示された硬スペクトルの拡張放射領域を確認した。149日間のデータと250台のウォーター・チェレンコフ検出器を用いて、HAWCは38σの検出有意水準を達成し、Milagroより優れた感度を示し、ゲミンガが観測された陽電子過剰を引き起こす可能性のある近接した宇宙線加速源であることを確認した。

ABSTRACT

Geminga is a radio-quiet pulsar ~250 parsecs from Earth that was first discovered as a GeV gamma-ray source and then identified as a pulsar. Milagro observed an extended TeV source spatially consistent with Geminga. HAWC observes a similarly extended source. Observations of Geminga's flux and extension will be presented.

研究の動機と目的

• Milagroが観測したゲミンガからの拡張されたTeVガンマ線放射を、HAWC観測所を用いて確認すること。
• ゲミンガが高エネルギー宇宙線の顕著な源であるかどうかを調査し、観測された陽電子過剰を説明する可能性を検討すること。
• HAWCがTeVエネルギー範囲の拡張された、硬スペクトルの源を検出する感度と性能を評価すること。
• HAWCの拡張源検出能力を、その前身であるMilagroと比較すること、特に拡張源に関して。
• ゲミンガパルサー周辺のTeV放射領域に関する、更新された高有意水準の観測的証拠を提供すること。

提案手法

• HAWCは、2014年11月26日から2015年5月6日まで稼働した250台のウォーター・チェレンコフ検出器（HAWC-250）を用い、稼働時間は149日間であった。
• 解析は、フェルミ源J0634.0+1745（ゲミンガパルサーに対応）を中心とする10°×10°の領域に焦点を当てた。
• ポイント源および拡張源最適化解析が適用され、有意水準マップは1°のガウス型フィルタで平滑化され、拡張した構造の検出を向上させた。
• HAWCの改善されたポイントスプレッド関数と低いエネルギー閾値により、特にポイント源に関してMilagroよりも感度が向上した。
• 照準用としてカブレットネビュラが用いられ、38σの検出が得られ、HAWCの感度性能が確認された。
• Milagroのデータとの比較解析により、拡張源検出の整合性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Milagroが以前に観測したゲミンガからの拡張されたTeVガンマ線放射が、HAWCによって確認されたか？
• RQ2 HAWCが測定したゲミンガ周辺のTeV放射領域の有意水準と形状は何か？
• RQ3 HAWCの拡張源に対する感度は、特にエネルギー閾値とポイントスプレッド関数の観点からMilagroと比べてどうか？
• RQ4 HAWCの向上した性能は、長年にわたりゲミンガの検出が困難であった、画像大気チェレンコフ望遠鏡（IACTs）の観測との不一致を解消できるか？
• RQ5 ゲミンガからの拡張されたTeV放射は、観測された陽電子過剰に寄与する可能性のある近接した宇宙線加速源としてのゲミンガの役割を支持するか？

主な発見

• HAWCは、ゲミンガと空間的に一致する拡張されたTeVガンマ線源を38σの有意水準で検出。Milagroの以前の観測を確認した。
• 拡張放射領域の空間的広がりは約2.6° ± 0.7°から-0.9°であり、Milagroの測定値（2.6° +0.7/-0.9°）と整合的である。
• HAWCはカブレットネビュラを38σで検出。同じデータセットでMilagroが達成した17σの検出と比較して、感度が2倍以上向上したことを示した。
• HAWCの低エネルギー閾値と改善されたポイントスプレッド関数により、特にポイント源に関して感度が顕著に向上したが、拡張源にとってはこれらの改善がそれほど顕著に効果を発揮しなかった。
• 拡張放射の検出により、ゲミンガが硬スペクトルの拡張されたTeV源であることが確認され、それが宇宙線加速源としての可能性を支持する。
• HAWCの結果により、IACT観測との不一致が解消された。IACTは、この手法が硬スペクトルの拡張源を観測する際に課題を抱えるため、ゲミンガからの有意な放射を検出できなかった。