[論文レビュー] VERITAS: Status and Highlights

J. Holder, E. Aliu+96 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 10被引用数 36

ひとこと要約

VERITAS、地上に設置されたチェレンコフ望遠鏡アレイで、2007年以降、アリゾナ州南部に位置し、40個の天体的源から100 GeVを超えるガンマ線放射を検出している。2009年の再構成とその後のハードウェアアップグレード（特にフォトマルチプライヤー管とトリガーシステムの交換）により、光子収率効率が35%向上し、エネルギー閾値が75 GeVに低下し、25時間の観測で弱い源を検出する感度が向上した。

ABSTRACT

The VERITAS telescope array has been operating smoothly since 2007, and has detected gamma-ray emission above 100 GeV from 40 astrophysical sources. These include blazars, pulsar wind nebulae, supernova remnants, gamma-ray binary systems, a starburst galaxy, a radio galaxy, the Crab pulsar, and gamma-ray sources whose origin remains unidentified. In 2009, the array was reconfigured, greatly improving the sensitivity. We summarize the current status of the observatory, describe some of the scientific highlights since 2009, and outline plans for the future.

研究の動機と目的

• 2007年の稼働開始以降のVERITASチェレンコフ望遠鏡アレイの科学的状態と主な業績を要約すること。
• 2009年のアレイ再構成およびその後のハードウェアアップグレードが感度と性能に与えた影響を詳細に説明すること。
• 特にブレーザーや未同定源を含む主要な銀河間ガンマ線源の検出を強調すること。
• 今後の計画、特にアップグレード済みフォトマルチプライヤー管とFPGAベースのトリガーの導入を概説すること。
• 短時間の観測で弱く、カブルに類似した源を検出する能力が向上したことを示すこと。

提案手法

• VERITASアレイは、4台の12メートルのセグメント反射鏡を備えた望遠鏡から構成され、499ピクセルのフォトマルチプライヤー管（PMT）カメラを装備し、TeVガンマ線が引き起こす広範な空気シャワーからのチェレンコフ光を検出する。
• 少なくとも2台の望遠鏡で信号が一致する一致トリガーが、500 MSPSのFADCを起動し、PMT信号の高時間分解能読み出しを可能にする。
• シャワー分布の2次モーメントから得られる画像パラメータを用いて、ガンマ線シャワーと宇宙線バックグラウンドを区別する。
• 画像パラメータのパラメータライゼーションを用いて、一次光子のエネルギーと方向を再構築し、1 TeVで約0.1°の角分解能と約15%のエネルギー分解能を達成する。
• アレイの感度は、カブルフラックスの1%に相当する源を検出するのに必要な観測時間で定量化され、アップグレード後は約25時間に低下した。
• アップグレードには、より感度の高いHamamatsu R10560-100-20デバイスへのPMT交換と、タイミングと効率を向上させるFPGAベースのトリガーシステムの設置が含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4年間の運用を経て、VERITASチェレンコフ望遠鏡アレイの現在の状態と科学的性能は何か？
• RQ2 2009年のアレイ再構成およびその後のハードウェアアップグレードは、VERITASの感度とエネルギー閾値にどのように影響したか？
• RQ3 VERITASが検出した銀河間源は何か？そのスペクトル的および空間的特性は、粒子加速メカニズムについて何を示唆するか？
• RQ4 タイコの超新星残骸からの弱いガンマ線放射の起源は何か？VERITASとFermi-LATのデータは、ハドロニックモデルとレプチオン的モデルのどちらを支持するか？
• RQ5 VERITASの今後のアップグレード計画は何か？それらは検出能力をどのように向上させるか？

主な発見

• VERITASは、100 GeVを超えるガンマ線放射を40個の天体的源から検出しており、その中には21個のブレーザー、1個の電波銀河（M 87）、1個の星形成銀河（M 82）に加え、多数のパルサー風ネビュラと超新星残骸が含まれる。
• 2009年の再構成により感度が著しく向上し、カブルフラックスの1%に相当する源を検出するのに必要な観測時間が約50時間から約25時間に短縮された。
• VERITASは、タイコのSNRで0.9%のカブルフラックスに相当する弱く、解像できないガンマ線源を観測し、5.0標準偏差の有意性を示した。これは、ハドロニック粒子加速と整合的である。
• 新規のHamamatsu R10560-100-20 PMTは、以前のPhotonis XP2970チューブと比較して、チェレンコフ光子収率効率を少なくとも35%向上させる。
• FPGAベースのアップグレード済みトリガーシステムにより、信号処理が高速化され、ハードウェアレベルのエネルギー閾値がカブルに類似したスペクトルに対して75 GeVに低下すると予想される。
• VERITASとFermi-LATのデータを統合した結果、タイコのSNRからのガンマ線放射は、ハドロニック起源であると強く支持され、磁場増幅と核粒子加速が示唆される。