[論文レビュー] The Blazar Spectral Energy Distribution Sequence Model of the Diffuse Gamma-Ray Background and its Implications for Dark Matter Detection

Kevork N. Abazajian, Steve Blanchet+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、Fermi-LATが観測した拡散的ガンマ線背景（DGRB）を説明する、輝度に依存する密度進化モデルをブレーザーに対して提案する。ブレーザーのスペクトルエネルギー分布（SED）を輝度と関連付け、源数分布のフィットを施すことで、ブレーザーと非ブレーザーAGNがDGRBを完全に説明可能であることが示され、Fermi-LATが5年間で95％以上のブレーザー放射能を点源に分解できると予測される。これによりDGRBは2〜3倍低減し、暗黒物質散乱信号への感度にも影響を及ぼす。

ABSTRACT

We examine the constraints on the luminosity-dependent density evolution model for the evolution of blazars given the observed spectrum of the diffuse gamma-ray background (DGRB), blazar source-count distribution, and the blazar spectral energy distribution sequence model, which relates the observed the blazar spectrum to its luminosity. We show that the DGRB observed by the Large Area Telescope (LAT) aboard the Fermi Gamma Ray Space Telescope can be produced entirely by gamma-ray emission from blazars and nonblazar active galactic nuclei, and that our blazar evolution model is consistent with and constrained by the spectrum of the DGRB and flux source-count distribution function of blazars observed by Fermi-LAT. Our results are consistent with previous work that used EGRET spectral data to forecast the Fermi-LAT DGRB. The model includes only three free parameters, and forecasts that >~ 95% of the flux from blazars will be resolved into point sources by Fermi-LAT with 5 years of observation, with a corresponding reduction of the flux in the DGRB by a factor of ~2 to 3 (95% confidence level), which has implications for the Fermi-LAT's sensitivity to dark matter annihilation photons.

研究の動機と目的

• 観測された拡散的ガンマ線背景（DGRB）スペクトルを用いて、ブレーザーの輝度に依存する密度進化モデルを制約すること。
• Fermi-LATが測定したDGRBを、ブレーザーと非ブレーザーAGNが完全に説明可能かどうかを検証すること。
• ブレーザー進化の影響が、暗黒物質散乱光子の検出可能性に及ぼす影響を評価すること。
• Fermi-LATが5年間の観測でブレーザー放射能のどの程度を点源に分解できるかを予測すること。
• DGRBおよび源数分布データと整合性を保ちつつ、モデルの複雑さを3つの自由パラメータにまで簡略化すること。

提案手法

• 観測されたブレーザースペクトルとその輝度を関連付ける、ブレーザースペクトルエネルギー分布（SED）シーケンスモデルを用いる。
• 宇宙的進化を記述するため、輝度に依存する密度進化モデルを適用する。
• Fermi-LATデータから得られたブレーザーのフラックス源数分布関数とSEDシーケンスモデルを組み合わせる。
• 赤方偏移および輝度にわたってモデルを統合し、DGRBへの総寄与を計算する。
• 予測されたDGRBスペクトルをFermi-LATによる観測スペクトルと比較し、モデルパラメータを制約する。
• Fermi-LATが5年間観測した後、未分解のブレーザー放射能のうちどの程度が点源に分解されるかを予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測された拡散的ガンマ線背景（DGRB）は、ブレーザーおよび非ブレーザーAGNからのガンマ線放射によって完全に説明可能か？
• RQ2 ブレーザーの輝度に依存する密度進化モデルは、DGRBスペクトルおよび源数分布関数をどの程度制約するか？
• RQ3 Fermi-LATが5年間の観測後に、ブレーザー放射能のどの程度を点源に分解できるか？
• RQ4 源の分解によるDGRBフラックス低減はどの程度であり、暗黒物質検出にどのような影響を及ぼすか？
• RQ5 SEDシーケンスと源数分布データに基づく3パラメータモデルは、観測されたDGRBをどの程度正確に再現できるか？

主な発見

• Fermi-LATが観測した拡散的ガンマ線背景（DGRB）は、ブレーザーおよび非ブレーザー活動銀河核からのガンマ線放射によって完全に説明可能である。
• ブレーザー進化モデルは、Fermi-LATが観測したDGRBスペクトルおよびブレーザーのフラックス源数分布関数の両方と整合性を持つ。
• モデルは、Fermi-LATが5年間の観測後に95％以上のブレーザー放射能を点源に分解できると予測しており、95％信頼水準で成立する。
• この分解により、DGRBフラックスはモデルパラメータに応じて約2〜3倍低減する。
• 源の分解によるDGRBフラックス低減は、Fermi-LATが暗黒物質散乱光子を検出する感度に顕著な影響を及ぼすことを示唆する。
• 3つの自由パラメータのみで観測と整合性を保ちつつ、モデルの予測力と単純さが向上している。