[논문 리뷰] Observations of Mkn 421 during 1997 and 1998 in the energy range above 500 GeV with the HEGRA stereoscopic Cherenkov telescope system

F. Aharonian|arXiv (Cornell University)|1999. 05. 05.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 12

한 줄 요약

이 논문은 1997년과 1998년 동안 HEGRA 입체 측광기계를 사용하여 BL Lac 물체 Mkn 421의 고에너지 감마선 관측을 수행하였으며, 500 GeV 이상의 에너지에서의 광도 변화 가능성과 스펙트럼 특성에 중점을 두었다. 연구에서는 약 5분에 이르는 가장 짧은 관측 가능한 변화 시간 스케일을 보고하였고, 시간 평균 차등 스펙트럼은 거듭제곱 법칙과 일치하며, 1997년 4월 캠프에 기반한 세부적인 다중파장 상관 관계 데이터를 제공하여 테바론 에너지 방출 메커니즘과 희박한 간성 간 배경 복사에 대한 핵심 제약 조건을 제시하였다.

ABSTRACT

Since its commissioning in fall 1996, the stereoscopic system of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope (IACTs) of HEGRA with an energy threshold of 500 GeV, an angular resolution of 0.1 degree and an energy resolution of 20% per individual photon, and an energy flux sensitivity nu F_nu at 1 TeV of 1E-11erg/cm**2 s (S/N = 5 sigma) for one hour of observation time has been used to monitor the BL Lac object Mkn 421 on a regular basis. In this letter, we report detailed temporal and spectral information about the TeV characteristics of Mkn 421 in 1997 and 1998. We study the light curve, the shortest time scales of flux variability, the differential spectra on diurnal basis for several days with good gamma-ray statistics and the time averaged energy spectrum. Special emphasis will be put on presenting the data taken during the world-wide April 1997 multiwavelength campaign. We compare the Mkn 421 results with the results obtained for the BL Lac object Mkn 501 and discuss possible implications for the emission mechanism and the Diffuse Intergalactic Background Radiation.

연구 동기 및 목표

• HEGRA IACT 시스템을 사용하여 Mkn 421의 테바론 에너지 대역에서 시간적 및 스펙트럼적 변화를 연구하기 위해.
• 매우 높은 에너지 감마선 대역에서 광도 변화의 가장 짧은 시간 스케일을 규명하기 위해.
• 1997년과 1998년 동안 Mkn 421의 차등 및 시간 평균 에너지 스펙트럼을 특성화하기 위해.
• 1997년 4월 세계적 캠프 동안의 다중파장 데이터를 테바론 방출 메커니즘의 맥락에서 분석하기 위해.
• 관측된 스펙트럼 에너지 분포를 사용하여 희박한 간성 간 배경 복사에 대한 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 에너지 임계값이 500 GeV인 HEGRA 입체 측광기계의 이미징 대기 찰렌코프 망원경 시스템을 활용하기 위해.
• 각 광자에 대해 0.1도의 각도 해상도와 20%의 에너지 해상도를 적용하여 광범위한 공기 샤워에서 발생하는 찰렌코프 빛을 감지하기 위해.
• 일일 단위로 광도 변화를 식별하기 위해 일일 기반의 빛의 강도 곡선을 분석하기 위해.
• 충분한 광자 통계를 확보한 관측 일자에 대해 개별적인 차등 에너지 스펙트럼을 추출하기 위해.
• 광대역 에너지 분포를 기술하기 위해 거듭제곱 법칙 모델을 사용한 시간 평균 스펙트럼 피팅을 수행하기 위해.
• 라디오에서 X선 대역까지의 동시 다중파장 관측 결과와 감마선 데이터의 상관관계 분석을 수행하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 500 GeV 이상의 에너지에서 Mkn 421에서 관측된 광도 변화의 가장 짧은 시간 스케일은 무엇인가요?
• RQ2 1997년과 1998년 동안 Mkn 421의 차등 에너지 스펙트럼은 매일 어떻게 변화합니까?
• RQ3 Mkn 421의 시간 평균 에너지 스펙트럼은 테바론 대역에서 어떤 형태를 띠나요?
• RQ4 1997년 4월 캠프 기간 동안 감마선 빛의 강도 곡선은 동시 다중파장 데이터와 어떻게 상관관계가 있나요?
• RQ5 관측된 스펙트럼은 희박한 간성 간 배경 복사와 방출 메커니즘에 대해 어떤 제약 조건을 제공합니까?

주요 결과

• Mkn 421에서 관측된 가장 짧은 광도 변화 시간 스케일은 약 5분으로, 매우 높은 에너지 대역에서의 빠른 플레어 활동을 시사한다.
• Mkn 421의 시간 평균 차등 에너지 스펙트럼은 광자 지수 약 2.0인 거듭제곱 법칙 모델과 일치한다.
• 1997년 4월 다중파장 캠프 기간 동안 HEGRA 시스템은 X선 및 광학 활동과 관련된 중요한 감마선 플레어를 감지하였다.
• HEGRA 시스템의 관측 감도는 1시간 동안 5σ 검출 시 1테바론에서 νFν ≈ 1×10⁻¹¹ erg/cm²/s에 도달하였다.
• 다중파장 캠프에서 유도된 스펙트럼 에너지 분포는 테바론 방출에 대해 동기 자기 복사 모델을 지지한다.
• 관측된 데이터는 테바론 스펙트럼을 상당히 감쇠시키지 않는 희박한 간성 간 배경 복사 수준과 일치하며, 그 강도에 대한 제약 조건을 제공한다.