[論文レビュー] VERITAS Observations of the BL Lac Object PG 1553+113 Between May 2010 and May 2011

M. Orr|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

VERITASは2010年5月から2011年5月にかけて高周波数ピークを持つBL Lac対象PG 1553+113を深紫外観測し、39σの検出を達成した。これはこの源に対するこれまでで最も有意なVHEガンマ線検出である。解析により、95%信頼水準で赤方偏移の上限がz < 0.5と制限され、距離の制約が得られ、赤外外背景光（EBL）を調べるのにも役立つようになる。

ABSTRACT

VERITAS, an array of imaging atmospheric-Cherenkov telescopes, studies blazars in the energy range between ~100 GeV and ~30 TeV. With its excellent sensitivity at these energies, and ever-deepening source exposures, VERITAS is in a position to probe distant blazars for clear absorption signatures in their very-high-energy gamma-ray spectra due to interactions with the extragalactic background light (EBL). We discuss results from recent VERITAS observations of PG 1553+113 (z &gt; 0.4) which have resulted in the most significant very-high-energy detection ever obtained for this source. The most recent VERITAS spectral measurements are used to place an upper limit on the source redshift of z &lt; 0.5 at the 95% confidence level. Also discussed are the prospects of using these observations, along with those of other hard- spectrum blazars, to place constraints on the EBL.

研究の動機と目的

• VERITASの観測を用いて、BLラク対象PG 1553+113の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線スペクトルを測定すること。
• 観測されたVHEスペクトルを用いて、z > 0.4の下限があるにもかかわらず、不確実な値であるがその赤方偏移を制限すること。
• ガンマ線吸収効果を通じて、PG 1553+113が赤外外背景光（EBL）を制限するプローブとしての可能性を評価すること。
• 低エネルギー域でのFermi-LATデータと比較することで、PG 1553+113がEBL研究に適しているかどうかを評価すること。

提案手法

• VERITASは2010年5月から2011年5月にかけて、0.5°の源オフセットをとったウッブルモード観測を用いて、合計50時間のライブタイムでPG 1553+113を観測した。
• 画像大気チェレンコフ望遠鏡のデータは、毎晩のフラッシュャー走行を用いてキャリブレーションされ、個々のピクセルの信号対ノイズ比のカットを用いてクリーニング処理が行われた。
• クリーニング処理後の画像からヒルズパラメータが抽出され、ステレオスコピック再構成によりシャワーの進行方向とコア位置が再構成された。
• エネルギー再構成には、時間および季節に依存するモンテカルロシミュレーションが用いられた。
• バックグラウンド除去には7つのバックグラウンド領域を用いたリフレクテッドリージョン法が採用され、検出の有意性はLi & Ma (1983)のテスト統計量を用いて計算された。
• 内在スペクトル指数は、EBL吸収の理論的モデルと観測されたVHEスペクトルを比較することで推定され、パワーロー法の形を仮定し、300 GeV以上で内在的な硬化がないと仮定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VERITASによる12か月間の観測で、PG 1553+113の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線の放射度とスペクトル指数は何か？
• RQ2 真の距離が不確実であるにもかかわらず、観測されたVHEスペクトルを用いて、PG 1553+113の赤方偏移に堅牢な上限を設定できるか？
• RQ3 PG 1553+113のVHEスペクトルにおける観測されたスペクトルの軟化は、赤外外背景光（EBL）による吸収をどの程度示しているか？
• RQ4 他の既知のVHEブラザールと比較して、PG 1553+113はEBLの強度とスペクトル形状を制限するプローブとしてどれほど効果的か？

主な発見

• VERITASはPG 1553+113に対して39σの検出有意性を達成し、これはこれまでで最も有意なVHE検出である。
• PG 1553+113の時間平均VHEスペクトルは、175 GeVから500 GeVの間でパワーロー法でよく記述され、スペクトル指数はΓ = 4.41 ± 0.14である。
• 200 GeV以上の積分放射度は2010年と2011年で一貫しており、年間変動の証拠は見当たらない。
• 300 GeV以上で内在スペクトルが硬化していないと仮定した場合、95%信頼水準でPG 1553+113の赤方偏移の上限がz < 0.5と導かれた。
• 既存の下限z > 0.4と組み合わせることで、赤方偏移は0.4 < z < 0.5に制限され、PG 1553+113はEBL研究のための優れた候補となった。
• PG 1553+113はVERITASカタログにおいてEBLを制限するのに最も効果的な源の一つであり、α = 1.8–2.1 × 10⁻³ Mpc⁻¹の値を示しており、EBL強度に対して高い感度を持つことが示された。