[論文レビュー] VERITAS observations of HESS J0632+057

G. Maier|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2009

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 3

ひとこと要約

VERITASによる未関連のVHEガンマ線源 HESS J0632+057 の観測では、1 TeV以上のエネルギー領域での放射に顕著な変動が示され、以前のH.E.S.S.測定と比較して、放射の変動確率が4σに達する。これらの結果は、LS I +61 303 や LS 5039 に類似したTeVバイナリーシステムである可能性を支持しており、相対論的ジェットや衝撃波による粒子加速によってガンマ線放射が駆動されている可能性がある。MWC 148 という質量の大きな星と関連する可能性がある。

ABSTRACT

HESS J0632+057 is one of only two unidentified high energy gamma-ray sources which appear to be point-like in nature. It is possibly associated with the massive star MWC 148 and has been suggested to resemble known TeV binary systems like LS I +61 303 or LS 5039. These binaries are rare and extreme (only three TeV binaries are known to date), and their gamma-ray emission mechanism has not been understood. HESS J0632+057 was observed by VERITAS, an array of four 12 m imaging atmospheric Cherenkov telescopes, in 2006, 2008 and 2009. Based on these observations we present evidence for variability in the high energy gamma-ray emission from HESS J0632+057.

研究の動機と目的

• HESS J0632+057、点状の未関連VHE源としての高エネルギーガンマ線放射の変動を調査すること。
• 点状の形状と変動するX線放射を示すことに基づき、HESS J0632+057 が LS I +61 303 や LS 5039 に類似したTeVバイナリーシステムであるという仮説を検証すること。
• 質量の大きな星 MWC 148 が、磁場で制御された風衝撃における粒子加速を通じて、VHE放射の中心的駆動源である可能性を評価すること。
• VERITASデータを用いて1 TeV以上のガンマ線フラックスを制限し、以前のH.E.S.S.測定と比較して時間的変動を検出すること。
• HESS J0632+057 が、質量の大きな星に強い磁場を有し、その磁場が駆動する新種の銀河的VHE放射源のモデルである可能性を評価すること。

提案手法

• VERITASは2006年12月、2008年12月、2009年1月に3回の観測キャンペーンを実施し、4台の12 mの像空気チェレンコフ望遠鏡アレイを用いた。
• 観測はウッブルモードで実施され、源をカメラ中心から0.5°ずらして観測することで、バックグラウンドの抑制とスカイカバレッジの向上を図った。
• 画像のキャリブレーション、クリーニング、ステレオスコピック再構成を適用し、シャワー像を再構成し、影響位置と進行方向を推定した。
• 形状に基づくカット（平均・縮小・スケーリング幅/長さ）と角度再構成（Θ²カット）を用いて、ガンマ線とハドロンを分離した。
• バックグラウンド抑制は「リングバックグラウンド」と「リフレクテッドリージョン」法を用い、宇宙線バックグラウンドを99.9%以上低減した一方で、ガンマ線イベントの45%を保持した。
• エネルギー閾値は720 GeVに設定され、ガンマ線スペクトルが指数Γ = 2.5のパワーロー法に従うものと仮定して、99%信頼水準でのフラックス上限を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HESS J0632+057の高エネルギーガンマ線放射は、複数のエポックでの観測によって時間的に変動していると示唆されるか？
• RQ2 HESS J0632+057で観測されたフラックス変動は、LS I +61 303 や LS 5039 に類似したTeVバイナリーシステムとの関連を支持するか？
• RQ3 MWC 148 を伴う連星系内のコンactな天体からの相対論的ジェットや衝撃波による粒子加速が、ガンマ線放射を説明できるか？
• RQ4 MWC 148 の周囲環境が、2次フォーム・フェルミ加速を可能にするほど十分に磁化されているか？
• RQ5 VERITASのフラックス上限と、2004–2005年に報告されたH.E.S.S.のフラックス測定との乖離の有意性は、源の変動性をどのように示唆するか？

主な発見

• VERITASは3回の観測セットを通じて合計1862分間、HESS J0632+057を観測したが、源位置でのガンマ線イベントの有意検出は得られなかった（1 TeVで2.1σの有意性）。
• 1 TeV以上のエネルギー領域における99%信頼水準でのフラックス上限は2.6 × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹であり、カブレッドネビュラのフラックスのおよそ1.1%に相当する。
• このVERITASのフラックス上限は、2004–2005年にH.E.S.S.が報告した測定値の2.4倍低い値であり、顕著なフラックス低下を示している。
• VERITASとH.E.S.S.のフラックスを比較するカイ二乗検定では、フラックスが一定である確率はたった0.007%（約4σ）にとどまり、変動の強い証拠が得られた。
• 以前に報告された関連源XMMU J063259.3+054801のX線変動と一致しており、共通の起源が連星系にあることを支持する。
• 結果は、HESS J0632+057 がLS I +61 303 や LS 5039 に類似したTeVバイナリーシステムであり、相対論的ジェットや衝撃波による粒子加速によってガンマ線放射が生成されているというシナリオを支持している。