[論文レビュー] The MAGIC Telescopes - Status and Recent Results

S. Klepser|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

MAGIC望遠鏡はラ・パルマに位置し、2010年までにステレオスコピックモードで50 GeVのエネルギー閾値を達成し、カービュラ星雲の放射率の1%未満の感度を実現した。これにより、5つの新しい銀河間VHE源の検出が可能になった。主な結果として、ヘッド・テイル銀河IC 310の初回VHE検出と、25 GeVまで降下するカービュラパルサーの高感度光曲線が得られ、パルサー表面近くの放射メカニズムの制約がなされた。

ABSTRACT

The MAGIC telescopes are two Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes located on the canary island of La Palma. They provide the lowest energy threshold among existing instruments of the kind, reaching down to 50 GeV in standard trigger mode. This allows us to close the energy gap between satellite-bourne and ground-based gamma-ray observations for strong enough sources. During the first five years of monoscopic observations, many interesting results could thus be achieved. With the second MAGIC telescope, which started operation in 2009, the sensitivity could be improved by stereoscopic imaging, and 5 new detections could already be reported in 2010. We present the status of the MAGIC telescopes in 2010 and review the latest results obtained in mono- and stereoscopic mode. This includes, among others, the detection of the head-tail galaxy IC 310, a new multiwavelength study of Mrk 501, an updated lightcurve of the Crab Pulsar.

研究の動機と目的

• 人工衛星と地上望遠鏡の間のギャップを埋めるために、像空気チェレンコフ望遠鏡の中で最低のエネルギー閾値を達成すること。
• 2台の望遠鏡を用いたステレオスコピック観測により感度を向上させ、系統的不確実性を低減すること。
• 銀河間天体、パルサー、一時的現象からの非常に高エネルギーガンマ線放射を検出・研究すること。
• 多波長および複数エポックのデータを用いて、AGN、パルサー、連星系の放射モデルを制約すること。
• 両望遠鏡の均一な性能を確保するための将来的なアップグレードに備えること。

提案手法

• カービュラの標高2220 mに位置する17 m径の像空気チェレンコフ望遠鏡2台（MAGIC-I および MAGIC-II）を用い、ガンマ線誘発空気シャワーに伴うチェレンコフ光を検出する。
• 2 GHzの高速読み出しシステムと大口径のミラーを採用し、約50 GeVの低エネルギー閾値を達成する。
• 2台の望遠鏡によるステレオスコピックイメージングにより、角度分解能およびエネルギー分解能を向上させ、ガンマ線/ヘドロン分離とバックグラウンド抑制を約3倍向上させる。
• 最適化された再構成アルゴリズムとモンテカルロシミュレーションを用いて、感度および性能向上の推定を行う。
• X線、電波、Fermi-LAT観測機器と連携した長期にわたる協働多波長キャンペーンを実施し、源の変動性およびスペクトルエネルギー分布を研究する。
• 非検出の制約に差分フラックス上限と有意性スカイマップを適用し、Cygnus X-3 や SNR G65.1+0.6 における非検出を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MAGIC望遠鏡はヘッド・テイル銀河IC 310からのVHEガンマ線放射を検出可能であり、その平坦スペクトルは放射メカニズムに何を示唆するか？
• RQ2 ステレオスコピックモードにおけるMAGIC望遠鏡の感度向上はモノスコピック運用と比較してどの程度であり、検出閾値および観測時間にどのような影響を及えるか？
• RQ3 カービュラパルサーからのパルス状ガンマ線放射は50 GeV未満でも検出可能か？ これはパルサー表面近くの放射モデルにどのような含意を持つか？
• RQ4 Cygnus X-3およびLS I +61 303における非検出は、マイクロクェーサーおよびX線連星系におけるVHE放射モデルにどのような含意を持つか？
• RQ5 SNR G65.1+0.6およびそのFermi-LAT対応源のMAGIC観測は、仮説的なパルサー風ネbulaの性質をどのように制約するか？

主な発見

• MAGIC望遠鏡はモノスコピックモードで50 GeVのエネルギー閾値を達成し、同種の既存機器の中で最低であった。
• ステレオスコピックモードでは感度が1.6%から1%未満のカービュラ星雲フラックスに向上し、同じ検出に要する観測時間を最大60%短縮できた。
• 300 GeV以上でエネルギー分解能が25%から15%（RMS）に向上し、300 GeVで方向分解能が0.1°から0.07°未満に向上した。
• カービュラ星雲は80 GeVまで検出可能で、角度分解能は約0.15°であった。これは低エネルギー域での性能を示している。
• ヘッド・テイル銀河IC 310は20.6時間の観測で検出され、スペクトル指数γ = -2.00 ± 0.14の平坦スペクトルを示し、単純なシンクロトロン自己コンプトンモデルに挑戦するものであった。
• カービュラパルサーは25 GeVまでパルス信号が検出可能であり、2つのパルス成分のピーク有意水準はそれぞれ4.3σおよび7.4σであった。これは対応するペア生成吸収による表面放射モデルを除外するものであった。