[論文レビュー] The VERITAS Survey of the Cygnus Region of the Galactic Plane

A. J. Weinstein|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 2009

Astronomical Observations and Instrumentation参考文献 3被引用数 21

ひとこと要約

140時間の観測期間中に実施されたVERITASによるサイグヌス領域の調査では、200 GeVを超えるエネルギーで点源に対して4%未満のクレーブスネビュラーフラックスの感度を達成し、2つのVHEガンマ線源（TeV J2032+4130および拡張放射VER J019+407）を検出。H.E.S.S.調査の外挙により予想される2〜3件の検出を上回るが、これはサイグヌス領域に銀河中心とは異なるVHE源集団が存在することを示唆している。

ABSTRACT

The VERITAS IACT observatory has carried out an extensive survey of the Cygnus region between 67 and 82 degrees in galactic longitude and between -1 and 4 degrees in galactic latitude. This region is a natural choice for a Very High Energy (VHE) gamma-ray survey in the Northern Hemisphere, as it contains a substantial number of potential VHE gamma-ray emitters such as supernova remnants, pulsar wind nebulae, high-mass X-ray binaries, and massive star clusters, in addition to a few previously detected VHE gamma-ray sources. It is also home to a number of GeV gamma-ray sources, including no less than four new high-significance sources detected in the first six months of Fermi data. The VERITAS survey, comprising more than 140 hours of observations, reaches an average VHE point-source flux sensitivity of better than 4% of the Crab Nebula flux at energies above 200 GeV. Here we report on preliminary results from this survey, including two source detections, and discuss the prospects for further studies that would exploit the joint coverage provided by VERITAS and Fermi data in this region.

研究の動機と目的

• 北銀河平面におけるサイグヌス領域の偏りのない大規模な非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線調査を実施すること。
• 超新星残骸、パルサー風状態星雲、および高質量X線連星などの多数の潜在的放射源を有する地域におけるVHEガンマ線源集団を調査すること。
• Fermi-LATのGeVデータと照合し、複数波長対応源を特定し、源の相関関係を検討すること。
• シミュレートされたバックグラウンド場を用いて、点源および拡張源の両方に対する調査の感度を評価すること。
• 以前に調査済みの銀河中心領域と比較して、サイグヌス領域における源の期待値に顕著な差異が生じる理由を調査すること。

提案手法

• 15° × 5°の範囲（67° ≤ l ≤ 82°, -1° ≤ b ≤ 4°）を、経度と緯度それぞれ0.8°および1.0°の間隔でグリッド化したポイント観測を用いて調査した。
• VERITAS IACTアレイの4台構成を用い、天頂角は10°〜35°の範囲で観測し、調査全体で平均20°の天頂角とした。
• 不安定なトリガー、悪天候、ハードウェア障害のデータを除外するための品質基準を適用し、月のない夜を優先した。
• 潜在的源または一時的現象の周辺に0.5°〜0.7°のオフセットをとったウブリング法を用いたフォローアップ観測を実施した。
• テストポイントの指向場と同一の天頂角および方位角を持つバックグラウンド場を用いて、空白天域のシミュレーションを実施。ガンマ線をさまざまなフラックスおよびスペクトル指数で注入した。
• 各テストポイントにおける感度に寄与するフィールドを特定するために1.7°の角度カットを適用し、源検出に適切なバックグラウンド推定を保証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 サイグヌス領域におけるVHEガンマ線源集団は何か。また、H.E.S.S.が調査した銀河中心領域と比較するとどう異なるか。
• RQ2 VERITAS調査の感度は、源のスペクトル指数および空間的拡張性にどのように依存するか。
• RQ3 Fermi-LATが検出したどのGeV源がサイグヌス領域のVHEガンマ線源と関連しているか。
• RQ4 過去の調査に基づく外挙により2〜3件の検出が予想されるにもかかわらず、ベース調査で高信頼度の検出が得られなかった意義は何か。
• RQ5 VERITASとFermiのデータを併用することで、この領域におけるVHE源とGeV源の相関関係や関連性を明らかにできるか。

主な発見

• VERITAS調査は、200 GeVを超えるエネルギーで、平均してクレーブスネビュラーフラックスの4%未満のVHE点源フラックス感度を達成した。
• 予備的なフラックス限界は、点源でクレーブスネビュラーフラックスの3%、拡張源で8.5%であり、両者とも3σ未満の有意性であった。
• H.E.S.S.調査の外挙に基づき、5σ未満の事前試行を考慮すると2〜3件の検出が予想されたが、ベース調査ではそのような源は検出されなかった。
• フォローアップ観測で2つのVHEガンマ線源が検出された：TeV J2032+4130（Fermi源OFGL J2032.2+4122と関連すると考えられる）、およびγ Cygni超新星残骸付近の拡張放射VER J019+407。
• 高い感度にもかかわらずベース調査で強力な検出が得られなかったことは、サイグヌス領域と銀河中心領域におけるVHE源集団に顕著な差異があることを示唆している。
• VERITASとFermiのデータを併用した分析を計画しており、今後、この地域における関連性および複数波長相関をさらに調査する予定である。