[論文レビュー] The H.E.S.S. Galactic Plane Survey - maps, source catalog and source population

S. Carrigan, F. Brun+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 23

ひとこと要約

本論文は、2,800時間のデータを用いて2% Crab未満の感度を達成した、内銀河系のTeVガンマ線サーベイであるH.E.S.S.銀河平面サーベイ（HGPS）を提示する。均一な有意水準マップおよび感度マップ、新たに整備された源カタログ、および60個を超えるVHE源の多様な集団の解明を伴い、主にパルサー風超新星残骸と超新星残骸が支配的であるが、約1/3は未同定のままである。これは、銀河系の非常に高エネルギーガンマ線源集団を理解する上で顕著な前進を示している。

ABSTRACT

The H.E.S.S. Galactic Plane Survey (HGPS), the first comprehensive survey of the inner Galaxy at TeV energies, has led to the discovery of an unexpectedly large and diverse population of over 60 sources of TeV gamma rays within its current range of l = 250 to 65 degrees in longitude and |b| < 3.5 degrees in latitude. The data set of the HGPS comprises 2800 hours of high-quality data, taken in the years 2004 to 2013. The sensitivity for the detection of point-like sources is at the level of 2% Crab or better in the HGPS region. The population of TeV gamma-ray emitters is dominated by the pulsar wind nebula and supernova remnant source classes, although nearly a third of the sources remain unidentified or ambiguous. We are presenting the latest HGPS significance and sensitivity maps, as well as a work on the HGPS source catalog, based on a uniform re-analysis of the full data set collected in the last decade. We will also give a brief overview of the H.E.S.S. Galactic source population.

研究の動機と目的

• H.E.S.S.チェレンコフ望遠鏡アレイを用いて、内銀河系における初の包括的TeVエネルギー域サーベイを実施すること。
• 銀河平面（l = 250°から65°、|b| < 3.5°）全域にわたり、高感度の有意水準マップおよび感度マップを作成すること。
• 2004年から2013年までに収集されたH.E.S.S.全データを再分析し、均一でコミュニティがアクセス可能な源カタログを生成すること。
• 銀河内の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源集団を特徴づけ、特に支配的源クラスおよび未解明の対応源を特定すること。
• H.E.S.S.源サンプルの完全性と選択効果を評価すること、特に拡張源および弱い源に関して。

提案手法

• 2004年から2013年までに収集された、均一なキャリブレーションと品質選別を施した高品質H.E.S.S.データ約2,800時間を用いた。
• シャワーおよび画像形状パラメータに基づく多次元解析手法を適用し、宇宙線背景からのガンマ線的イベントの区別を実施した。
• 適応的リング背景手法を用いて背景レベルを推定し、既知の源を含む領域を自動的に除外した。
• 点源検出に固定半径0.1°を用い、複数検定補正を施した事前試行有意水準を計算した有意水準マップを作成した。
• 露出、ポイント spread 関数、背景推定を統合した尤度ベースの源カタログ作成パイプラインを開発し、一貫性のある源検出およびスペクトル解析を実現した。
• カタログ化された源のスペクトルエネルギー分布を独立して測定するため、反転背景法を用い、信頼性の高いフラックス測定を確保した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H.E.S.S.サーベイが明らかにする内銀河系平面におけるVHEガンマ線源集団の全範囲と感度はどの程度か？
• RQ2 パルサー風超新星残骸や超新星残骸といった源クラスごとに、H.E.S.S.源の形態的およびスペクトル的性質はどのように比較できるか？
• RQ3 H.E.S.S.源サンプルは、特に拡張源や弱い源に関してどの程度完全か。感度限界が源検出にどのように影響するか？
• RQ4 検出されたVHE源の何パーセントが未同定のままであり、TeV放射の物理的起源を理解する上でどのような意味を持つのか？
• RQ5 検出された源の空間的分布は、サーベイの感度および銀河の構造（特に spiral arms や銀河中心）とどのように関係しているか？

主な発見

• H.E.S.S.銀河平面サーベイは、調査領域（l = 250°から65°、|b| < 3.5°）内で60個を超えるTeVガンマ線源を検出した。点源に対しては2% Crab未満の感度を達成した。
• 源集団は、パルサー風超新星残骸（35%）と超新星残骸（21%、殻状および分子雲と相互作用するタイプを含む）が支配的であり、31%は未同定または曖昧なままである。
• 点源に対する感度は、b = -0.3°における緯度範囲l = 283°から59°の間で2% Crab未満であり、弱い源への高い感度を示している。
• 拡張源および弱い源に関してはサンプルが不完全であり、源半径の増加に伴い感度が低下する傾向が見られ、特にフラックス–半径相関（図3）で顕著に現れている。
• 約50%の銀河領域が10% Crabの放射能感度で観測されており、サーベイの視界は感度および既知の源による線路方向の混同の両方の制限要因に起因している。
• H.E.S.S.源カタログおよびマップはまもなく公開され、詳細な集団研究、拡散放射の解析、およびFermi/LATやHAWCデータとの多波長比較を可能にする。