[論文レビュー] VERITAS Observations of Mkn 501 in 2009

D. Q. Huang, Alexander Konopelko|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、2009年3月から6月にかけてのVERITAS観測において、BLラクティック銀河Mkn 501がTeVガンマ線フレアを示したことを報告している。このフレアの流量は300 GeV以上で1.80 × 10⁻¹⁰ cm⁻²s⁻¹に達し、ベースライン流量の6倍にのぼった。フレア中、スペクトル指数は-2.58から-2.31に緩和されたが、測定誤差のため、統計的に有意なスペクトル変動は確認されなかった。

ABSTRACT

VERITAS is the high-sensitivity instrument of latest generation. It is often used for the short AGN monitoring exposures evenly distributed over entire observational season of a source of interest. Each of these exposures is long enough to detect the source at the flux level of about 1 Crab. During the 2009 observing season a number of exposures of Mkn 501 with VERITAS revealed variable TeV gamma-ray emission at the flux level eventually exceeding 2 Crab. The spectral and flux variability measurements in TeV gamma rays for the 2009 data sample of Mkn 501 are summarized in this paper.

研究の動機と目的

• 2009年の観測シーズン中にVERITASを用いて、Mkn 501のTeVガンマ線流量およびスペクトル変動を特徴づけること。
• 2009年4月から5月に観測された短時間スケールのフレアの性質を調査し、その流量の時間的変化およびスペクトルエネルギー分布を明らかにすること。
• 観測されたスペクトルおよび流量の変動を、特に逆コンプトン過程を含む理論的ブレーザー放射モデルと比較すること。
• 同時多波長キャンペーンに貢献するため、高時間分解能のTeVデータを提供し、広帯域モデリングを可能にすること。
• 特にフレア状態における、VERITASの急速な変動検出における感度および性能を評価すること。

提案手法

• ハードウェアの問題のため、4台の望遠鏡アレイを用いた20分間の観測が実施されたが、3台および2台のサブアレイも使用された。
• ポイントソース感度を最適化し、バックグラウンドトリガーを低減するために、ウブリングポイントモードでデータを取得した。
• 20分間の観測区間ごとに微分ガンマ線流量を測定し、光度曲線作成のため300 GeV以上での積分流量を計算した。
• ベースライン放出状態（3台および4台のデータを用いて）と高流量フレア状態（2台のデータを用いて）のそれぞれについてスペクトル解析を実施した。
• 微分エネルギースペクトルに指数的カットオフを伴うパワー・レージ・フィットを適用した。ベースライン状態ではdNγ/dE ∝ E⁻².⁵⁸、フレア状態ではE⁻².³¹であった。
• スペクトル指数の統計的および系統的誤差を伝搬させ、スペクトル変動の有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2009年の観測シーズン中に、Mkn 501のTeVエネルギー領域における時間分解能の高い流量変動はどのように変化したか？
• RQ2 フレア状態におけるMkn 501のTeVガンマ線スペクトルは、静穏状態と比較して、エネルギー依存的に顕著に変化したか？
• RQ3 2009年のフレアにおける観測された流量およびスペクトルの時間的変化は、相対論的にビームされたジェット内での標準的逆コンプトン放射モデルで説明可能か？
• RQ4 2009年のフレアの流量は、1997年の爆発的活動と比較してどの程度か？
• RQ5 フレア中に観測されたスペクトルの緩和（もしあるならば）の有意性は何か？これは電子エネルギー分布または光学的厚さの変化を示唆するか？

主な発見

• 2009年4月30日および5月1日に、強力なTeVガンマ線フレアが検出された。300 GeV以上でのピーク積分流量は(1.80 ± 0.25) × 10⁻¹⁰ cm⁻²s⁻¹であった。
• フレアの流量は、2009年3月および6月に観測されたベースライン流量のおよそ6倍に上昇した。
• ベースライン状態における微分エネルギースペクトルは、dNγ/dE = (8.7 ± 0.6) × 10⁻¹² (E/1 TeV)⁻².⁵⁸±⁰.⁰⁸±⁰.⁰⁶ cm⁻²s⁻¹TeV⁻¹としてフィットされた。
• フレア時にはスペクトルが緩和され、スペクトル指数は-2.31 ± 0.08 ± 0.06となった。これに対応するスペクトルはdNγ/dE = (2.7 ± 0.2) × 10⁻¹¹ (E/1 TeV)⁻².³¹ cm⁻²s⁻¹TeV⁻¹として表された。
• スペクトル指数の変化は観測されたが、統計的および系統的誤差のため、スペクトル変動の明確な主張は不可能であった。
• 結果は、Mkn 501の以前のVERITASおよび地上観測と整合しており、この源が顕著に変動するTeV放射体であるという立場を支持している。