[論文レビュー] The First Fermi-LAT Catalog of Sources Above 10 GeV

D. Paneque, J. Ballet+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2013

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 27

ひとこと要約

本論文は、3年間のフェルミ-LAT観測に基づき、10 GeV以上の高エネルギー電磁線源514個を含む、初の10 GeV以上におけるフェルミ-LAT源カタログ（1FHL）を提示する。主にスペクトル的性質、変動性、連関源の特定に焦点を当て、地上望遠鏡による非常に高エネルギー（VHE > 50 GeV）検出が期待される高潜在力候補源として213個を特定。そのうち18個は高い赤方偏移を示し、今後の集団的研究および宇宙論的プローブに貢献可能である。

ABSTRACT

We present a catalog of gamma-ray sources at energies above 10 GeV based on data from the Large Area Telescope (LAT) accumulated during the first 3 years of the Fermi Gamma-ray Space Telescope mission. This catalog complements the Second Fermi-LAT Catalog, which was based on 2 years of data extending down to 100 MeV and so included many sources with softer spectra below 10 GeV. The First Fermi-LAT Catalog of >10 GeV sources (1FHL) has 514 sources, and includes their locations, spectra, a measure of their variability, and associations with cataloged sources at other wavelengths. We found that 449 (87%) could be associated with known sources, of which 393 (76% of the 1FHL sources) are active galactic nuclei. We also highlight the subset of the 1FHL sources that are the best candidates for detection at energies above 50 GeV with ground-based gamma-ray observatories.

研究の動機と目的

• 10 GeV以上の電磁線源に特化したカタログの作成。2FGLカタログ（より軟らかなスペクトル関数を含む）の補完を目的とする。
• 2008年から2011年までのフェルミ-LATデータ（3年間）を用いて、高エネルギー源のスペクトル的および変動的性質を同定すること。
• 特にイメージング大気チェレノフスキー望遠鏡（IACT）を含む地上VHE機器による検出が期待される、高い可能性を示す源の特定とランク付け。
• 特に高赤方偏移のブレーザーを含むVHE放射源の集団的研究を支援するため、50 GeV以上で測定可能な放射束が得られる候補源の特定。
• フェルミ-LATデータとTeVCatの橋渡しを図る。100 GeVを超えるエネルギーで放射する可能性がある源を強調すること。

提案手法

• 2008年8月4日から2011年8月1日までに収集されたフェルミ-LATデータのPass7 Cleanイベントを用いた解析。
• 561の注目領域（RoI）において、TS > 25（4σ以上に相当）の検出閾値を満たす最大尤度法により源を検出。
• 10–500 GeV範囲で顕著なスペクトル曲率が認められないことから、すべての源に対して単純なパワーロー法を仮定したスペクトルモデリングを実施。
• 等方的背景放射はグローバルに固定された一方、銀河系背景放射の正規化は各RoIごとに自由にした。
• 他の波長での既知の源とのクロス識別を用いて源の連関を実施。活動的銀河核（AGN）を含む。
• VHE候補選定には3つの基準を用いた：10 GeVにおけるスペクトル指数 < 3、30 GeV以上で偽の有意水準 > 3、50 GeV以上で推定放射束 > 10⁻¹¹ ph cm⁻² s⁻¹。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10 GeV以上の電磁線源の中で、地上VHE機器による検出が最も期待されるのはどれか？
• RQ2 高エネルギー帯域の源のスペクトル的および変動的性質は、より軟らかなエネルギー帯域の源とどのように異なるか？
• RQ3 1FHLに属する源のうち、既知の活動的銀河核（AGN）と連関している割合はどの程度か？また、2FGLカタログのそれらと比較して性質に差異はあるか？
• RQ4 1FHLカタログに含まれる高赤方偏移のブレーザーは、VHE電磁線放射の宇宙論的進化を調査する上でどの程度の可能性を有するか？
• RQ5 10 GeV以上のフェルミ-LATデータは、将来のIACT観測を高い確率でVHE源に向け導くのに効率的に利用できるか？

主な発見

• 1FHLカタログには、10 GeV以上で検出された514個の源が含まれ、そのうち449個（87%）が既知の源と連関されており、そのうち393個（76%）が活動的銀河核（AGN）である。
• 213個の源がVHE検出の高潜在力候補として特定され、10 GeVにおけるスペクトル指数が3未満であり、地上観測に適した相対的に硬いスペクトルを示している。
• スペクトル指数、30 GeV以上での有意水準、50 GeV以上での推定放射束の3つの基準を満たす合計213個の源がVHE候補として選別され、そのうち18個が高赤方偏移（z > 0.2）を示した。
• 50 GeV以上での推定放射束（F50GeV）がVHE検出可能性の最も強い予測要因であり、最も高い潜在力を持つ候補は3×10⁻¹¹ ph cm⁻² s⁻¹を超える。
• カタログは、高エネルギー帯域で最も変動が著しい源が低シンクロトロンピーク（LSP）ブレーザーであることを確認した。これらの源は、逆自己散乱SEDの低下部において顕著な変動を示す。
• 213個のVHE候補リストは、2012年9月に主要なIACT機器に共有され、ターゲット観測の効率を高めた。