[論文レビュー] The galactic center arc as source of high-energy gamma-rays

M. Pohl|arXiv (Cornell University)|May 23, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、銀河中心付近に位置する電波構造「銀河中心アーク」が、高エネルギーガンマ線源2EG J1746-2852の起源であると提案している。拡산、対流、エネルギー損失を含む電子輸送の運動論的モデルを用いて、サドルーブ領域（G0.18-0.04）から注入される高エネルギー電子が、周囲の赤外線光子と逆コンプトン散乱を起こすことで、観測されたガンマ線放射の放射度と硬いスペクトルを再現できることを示している。

ABSTRACT

We discuss the radio {\it arc} at the galactic center to be the counterpart of the high-energy \gr source 2EG J1746-2852. The observed \gr flux is constant within the statistical limits and the spectrum is very hard. The lack of variability makes it highly unlikely that any of the compact sources in the vicinity of the Galactic Center is the counterpart of 2EG J1746-2852. This includes the peculiar source Sgr A$^\ast$ at the very center of the Galaxy, which is often discussed to harbour a black hole of $10^6\, M_\odot$. Existing radio data on the {\it arc} support the view that its synchrotron emission originates from cooling, initially monoenergetic electrons which diffuse and convect from their sources to the outer extensions of the {\it arc}. If the source of high-energy electrons coincides with the sickle region (G0.18-0.04), as indicated by the radio data, then the ambient far- infrared photons can be up-scattered to \grs by inverse-Compton inter- action with the young high-energy electrons. We solve the continuity equation for the electrons including terms for diffusion, convection, monoenergetic injection, and the full energy loss. We show that both the flux and the spectrum of 2EG J1746-2852 can be well explained.

研究の動機と目的

• 高エネルギーガンマ線源2EG J1746-2852の天体物理学的起源を特定すること。
• 既知の電波構造としての銀河中心アークが、観測されたガンマ線放射を説明できるかどうかを検証すること。
• サドルーブ領域（G0.18-0.04）からアークへと至る高エネルギー電子の輸送およびエネルギー損失をモデル化すること。
• 周囲の赤外線光子に対する高エネルギー電子の逆コンプトン散乱が、観測されたガンマ線スペクトルを再現できるかどうかを検証すること。
• 変動のない特徴から、Sgr A*のようなコンactな源が対応源でないことを除外すること。

提案手法

• 拡散、対流、単エネルギー注入、および完全なエネルギー損失項を含む電子連続の方程式を解く。
• アークの電波データを用いて、サドルーブ領域（G0.18-0.04）からの電子注入および輸送パラメータを推定する。
• 高エネルギー電子による遠赤外光子の逆コンプトン散乱をモデル化し、ガンマ線を生成する。
• EGRET実験から得られた観測値と一致するように、シミュレートされたガンマ線放射度およびスペクトル指数を調整する。
• モデルがガンマ線源の非変動的性質と整合しているかを評価する。
• モデル予測を、2EG J1746-2852の観測された硬いスペクトルおよび一定の放射度と比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河中心アークは、高エネルギーガンマ線源2EG J1746-2852の放射度とスペクトルの硬さを説明できるか？
• RQ2 2EG J1746-2852に変動が見られないことは、アークがその起源であることに整合的であるか？Sgr A*のようなコンパクトな源ではないか？
• RQ3 アークの電波的性質は、サドルーブ領域（G0.18-0.04）からの電子注入に加え、その後の拡散および対流を支持するか？
• RQ4 周囲の赤外線光子に対する高エネルギー電子の逆コンプトン散乱が、観測されたガンマ線スペクトルを再現できるか？
• RQ5 観測されたガンマ線放射を再現するには、どの程度の電子注入率とエネルギースペクトルが必要か？

主な発見

• 観測された2EG J1746-2852のガンマ線放射度と硬いスペクトルは、高エネルギー電子による遠赤外光子の逆コンプトン散乱によって良好に再現された。
• モデルは、サドルーブ領域からの連続的注入によって電子集団が維持されることから、変動のない性質をうまく説明している。
• 電波データは、サドルーブ領域（G0.18-0.04）からの電子注入に加え、その後の拡散および対流が行われることを支持している。
• 電子のエネルギー損失率は、シンクロtron放射および逆コンプトン過程が支配的であり、観測された電波およびガンマ線の性質と整合的である。
• ガンマ線放射に変動が見られないことから、Sgr A*や他のコンパクト源が原因である可能性は低い。
• ガンマ線放射のスペクトル指数は、サドルーブ領域から注入される硬い電子エネルギースペクトルと整合的である。