[論文レビュー] Young and Millisecond Pulsar GeV Gamma-ray Fluxes from the Galactic Center and Beyond

Ryan M. O’Leary, Matthew D. Kistler+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2016

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 15

ひとこと要約

本稿では、銀河中心近辺に存在する解明不能な若いパルサーとミリ秒パルサーのGeVガンマ線放射をモデル化し、フェルミが示した観測された過剰なガンマ線放射および逆コンプトン放射を説明できることを示している。若いパルサーは銀河中心部の未解明フェルミ点源を支配しており、内側1kpcにおける電子・陽電子の注入に顕著な寄与をしている。

ABSTRACT

Gamma-ray observations have shown pulsars to be efficient converters of rotational energy into GeV photons and it is of wide-ranging interest to determine their contribution to the gamma-ray background. We arrive at flux predictions from both the young (

研究の動機と目的

• 若いパルサーやミリ秒パルサーが銀河の拡散的GeVガンマ線背景に与える寄与を特定すること。
• ダークマターの信号と解釈されてきた銀河中心部の観測されたGeVガンマ線過剰放射を説明すること。
• 未解明の点源の放射分布をモデル化し、フェルミ観測と比較すること。
• 銀河中心部における検出可能な電波明るいパルサーの数を推定し、観測限界と比較すること。
• 内側1kpcにおける宇宙線電子・陽電子生成へのパルサー寄与を評価し、間接的ダークマター探索に関連付けること。

提案手法

• 銀河ディスクおよびハローの形成歴史に基づいて、ミリ秒パルサー集団のフォワードモデリングを採用する。
• 若いパルサーのための基準モデルとしてO’Learyら（2015）のモデルを用い、超新星発生率、パルサーのキック速度、スピンダウン進化を統合する。
• 若いパルサーに異なる3つのガンマ線放射モデルを適用し、スピンダウンエネルギーのうち何割がGeV光子に変換されるかを変化させる。
• 角度方向の放射分布を計算し、特に銀河中心部でフェルミ-LAT全天データと比較する。
• 未解明の点源放射を推定し、未解明フェルミ点源の観測された全光度関数と比較する。
• パルサーが注入する高エネルギー電子からの逆コンプトン放射をモデル化し、周囲の磁場強度と光子密度を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 未解明の若いパルサーやミリ秒パルサーは、銀河中心部の観測されたGeVガンマ線過剰放射を再現できるか？
• RQ2 銀河中心部の未解明フェルミ点源のうち、何パーセントが未解明のパルサーに起因するか？
• RQ3 銀河中心部における予想される電波明るいパルサーの数は、現在および将来の電波調査とどのように一致するか？
• RQ4 パルサー駆動の逆コンプトン放射が、フェルミが推定した内側1kpcにおける拡散的放射のレベルをどの程度説明できるか？
• RQ5 なぜパルサー寄与が銀河中心部では銀河の他の領域よりもGeV放射において顕著に高いのか？

主な発見

• 未解明の若いパルサーは、観測された銀河中心部のGeV過剰放射とほぼ一致するガンマ線放射および角度分布を生成できる。
• 若いパルサーは銀河中心部の総GeV放射の約30％を占め、銀河の他の領域では約10％である。
• モデルは、銀河中心部の未解明フェルミ点源において、若いパルサーがミリ秒パルサーを上回ることを予測している。
• 1.4GHzで約50μJyの感度に達する電波調査では若いパルサー集団を検出可能であり、ミリ秒パルサーはより深い調査（約10μJy）が必要である。
• パルサー駆動の逆コンプトン放射は、電子スペクトルおよび磁場強度に依存して、フェルミが推定した内側1kpcにおける拡散的放射のレベルを説明できる。
• モデルは、若いパルサーが内側ミルキーウェイにおける高エネルギー電子・陽電子注入の主要因である可能性を示唆しており、ダークマター探索に影響を与える。