[論文レビュー] VERITAS Observations of Magnetars

R. Guénette|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

VERITASは、磁気星4U 0142+61および1E 2259+586の非磁気的TeV放射の理論的予測を検証するために、磁場の崩壊に起因する非熱的TeV放射を、静穏状態で高エネルギーγ線観測した。有意な放射は検出されず、それぞれ400 GeV以上でクレーブ星雲のfluxの0.9%および2.5%の99%信頼水準の上限が設定された。これは、増幅期におけるハドロン的または電磁的TeV放射のモデルを制約した。

ABSTRACT

Magnetars are rotating neutron stars with extremely strong magnetic fields (~ 10^14-10^15 G). X-ray and soft gamma-ray observations have revealed the existence of non-thermal particle populations which may suggest emission of very high energy photons. VERITAS, an array of four 12m imaging atmospheric Cherenkov telescopes, is designed to observe gamma-ray emission between 100 GeV and 30 TeV. Here we present the results of VERITAS observations of two magnetars, 4U 0142+61 and 1E 2259+586.

研究の動機と目的

• 磁場の崩壊に起因する磁気星からの定常的で高エネルギー（VHE）γ線放射の理論的予測を検証すること。
• X線フレアが活動していない静穏状態でのVHE放射を探索し、将来的なオブジェクトオポティミズ・オブザーバーションのためのベースラインを提供すること。
• 巨大X線フレア期におけるハドロン的相互作用または電磁的カスケードによるTeV放射を予測するモデルを制約すること。
• 将来的なバースト誘発VHE放射との比較のためのflux上限を確立すること。
• イメージング大気チェレンコフ望遠鏡（VERITASなど）による磁気星VHE放射の検出可能性を評価すること。

提案手法

• VERITASは、4台の12メートルのイメージング大気チェレンコフ望遠鏡から成るアレイであり、両方の磁気星を100 GeVから30 TeVのエネルギー範囲で観測した。
• 観測は暗黒時間および低月光条件下で実施され、1E 2259+586では0.5°のオフセットをとったウッブルモード、4U 0142+61ではニアポイントイングで実施された。
• データ選別には品質カットを適用し、1枚の画像あたり最低500デジタルカウント、中央画像の重心が1.5°以内、画像形状制約（幅/長さ比の補正値が-1.2から0.5の間）を課した。
• 背景推定には「リング背景」モデルを用い、有意性はLiとMaの手法（式17）で計算した。
• エネルギースペクトルが指数-2.5のパワーロー法に従うと仮定し、ヘレン法を用いてflux上限を計算した。単位はクレーブ星雲fluxの単位で表した。
• エネルギー閾値は400 GeV以上に設定され、99%信頼水準での上限が導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非熱的放射モデルが予測するように、静穏状態における磁気星からの定常的VHEガンマ線放射は検出可能か？
• RQ2 電磁的またはハドロン的相互作用モデルが予測するように、VERITASはX線フレア期における磁気星からのTeV放射を検出可能か？
• RQ3 指数-2.5のパワーロー法スペクトルを仮定した場合、VHE放射のflux上限は何か？
• RQ4 観測された上限は、磁気星放射メカニズムの理論的モデルをどのように制約するか？
• RQ5 SNR CTB 109は、中心に磁気星1E 2259+586を有する点源VHE放射をプローブできるか？

主な発見

• 4U 0142+61からの有意なガンマ線放射は検出されず、400 GeV以上のエネルギーで99%信頼水準の上限は8.68 × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹であり、クレーブ星雲fluxの0.9%に相当する。
• 1E 2259+586については、400 GeV以上のエネルギーで99%信頼水準のflux上限が2.49 × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹であり、クレーブ星雲fluxの2.5%に相当する。
• 4U 0142+61のオンソースイベントカウントの有意性は-2.9σであり、背景の上に過剰が観測されないことを示している。
• 1E 2259+586の有意性は1.5σであり、これも背景の揺らぎと整合的である。
• これらの結果は、X線フレア期にTeV放射を予測するモデルを制約しており、0.3秒のバーストで約100倍のクレーブ星雲fluxであれば容易に検出可能であるためである。
• 上限は、1E 2259+586の周囲のSNR CTB 109に対しても適用可能である。これは、源が中心に位置しているためである。