[논문 리뷰] Recent H.E.S.S. results on extra-galactic sources

M. Cerruti|arXiv (Cornell University)|2011. 10. 10.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 H.E.S.S. 체렌코프 망원경 어레이를 이용해 다섯 개인 은하간 외부 소스—SHBL J001355.9-185406, 1RXS J101015.9-311909, 1ES 1312-423, AP Lib, 그리고 HESS J1943+213—에서 최근에 관측된 매우 높은 에너지(VHE) 감마선을 보고한다. 이들의 광도는 크랩 nebulas 광도의 0.004에서 0.02배 사이이며, 적색편이까지 z ≈ 0.58까지 측정된다. 결과는 고도로 발전된 분석 기법으로 인한 감도 향상을 보여주며, 향후 H.E.S.S. II에서 더 깊이 있는 탐색을 위한 기반을 마련한다. H.E.S.S. II는 에너지 감도를 낮추고 희미하고 먼 천체의 탐지 능력을 향상시킬 것이다.

ABSTRACT

Since the beginning of scientific operations in 2003, more than 20 extra-galactic sources have been detected with H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) at very high energies (VHE): apart from the starburst galaxy NGC 253, all of them are active galactic nuclei (AGNs). BL Lac objects are by far the dominant AGN sub-class in the H.E.S.S. extra-galactic sky, but two radio-galaxies and one flat-spectrum radio quasar (FSRQ) have been detected as well. The study of extra-galactic VHE emitters will be improved in the near future by the completion of a fifth 24m-diameter telescope (H.E.S.S. II). In this talk, a review of the AGNs seen by H.E.S.S. will be given, including the latest results achieved, namely the detection of VHE emission from the blazars 1RXS J101015.9-311909, SHBL J001355.9-185406, 1ES 1312-423, AP Lib and the BL Lac candidate HESS J1943+213.

연구 동기 및 목표

• H.E.S.S. 체렌코프 망원경 어레이를 통해 최근에 은하간 외부 매우 높은 에너지(VHE) 감마선 소스를 탐지한 결과를 보고하는 것.
• 짧은 관측 시간으로도 희미한 VHE 소스를 탐지할 수 있도록 개선된 분석 기법의 성능을 평가하는 것.
• 최근 탐지된 AGN의 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 복사 메커니즘을 특성화하는 것, 특히 BL Lacs와 FSRQs에 중점을 두어.
• 최근 탐지된 VHE 소스인 HESS J1943+213의 기원을 평가하는 것.
• H.E.S.S. II의 감도 향상과 낮은 에너지 감도를 고려해 VHE 은하간 천구의 연구를 향상시키기 위한 준비를 하는 것.

제안 방법

• 100 GeV 이상의 VHE 감마선을 탐지하기 위해 지상에 위치한 네 대의 12m 지름 대기 체렌코프 망원경으로 구성된 고에너지 스테레오 시스템(H.E.S.S.)을 활용하는 것.
• 표준 힐라스 방법을 초월한 개선된 재구성 알고리즘을 포함한 고도로 발전된 분석 기법을 적용하여, 희미한 소스의 감도를 향상시키고 관측 시간을 단축시키는 것.
• 시간 통합된 광자 지수와 크랩 nebulas 광도 단위로 표시된 광도를 이용해 탐지된 소스의 스펙트럼 및 광도 측정을 수행하는 것.
• Fermi-LAT, X선, 라디오 및 적외선 관측 자료와의 다중 파장 데이터를 통합하여 소스 기원과 SED 모델링을 제약하는 것.
• 미해결 소스(예: HESS J1943+213)의 경우 적색편이 하한을 설정하기 위해 적색편이 추정 및 주변 은하계 광도 모델링을 수행하는 것.
• 궤도적 변동성, 확장된 X선 방출 또는 거대한 별형 동반체의 부재를 통해 대체 기원(예: 감마선 이중성, 펄서 풍 난류)을 배제하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BL Lacs 소스인 SHBL J001355.9-185406에서의 VHE 감마선 방출의 유의미성과 광도는 무엇이며, 크랩 nebulas와 비교해 어떻게 되는가?
• RQ2 저에너지 피크를 가진 BL Lacs인 AP Lib의 스펙트럼 에너지 분포(SEP)는 외부 역방사성 콜로이드 방출 모델을 어떻게 지지하는가?
• RQ3 HESS J1943+213의 은하간 기원은 어떤 증거로 지지되며, 감마선 이중성 또는 펄서 풍 난류와 같은 대체 기원은 왜 불가능한가?
• RQ4 향상된 분석 기법은 어떻게 1ES 1312-423과 1RXS J101015.9-311909와 같은 희미한 VHE 소스를 더 짧은 관측 시간으로 탐지할 수 있게 하는가?
• RQ5 5번째 24m 망원경을 갖춘 H.E.S.S. II는 더 희미하고 더 먼 은하간 VHE 소스 탐지에 어떤 영향을 미칠 것으로 기대되는가?

주요 결과

• H.E.S.S.는 SHBL J001355.9-185406에서 5σ 유의미성으로 VHE 방출을 탐지했으며, 크랩 nebulas 광도의 약 1%에 해당하는 광도를 기록했고, 적색편이는 z = 0.095였다.
• 1RXS J101015.9-311909는 7σ 유의미성으로 탐지되었으며, 광도는 0.008 크랩 단위, 광자 지수는 3.1 ± 0.5로, 고에너지 피크를 가진 BL Lacs와 일치했다.
• 1ES 1312-423는 7σ로 탐지되었고, 광도는 0.004 크랩 단위였으며, 중심 시야에서 2° 떨어져 있음에도 불구하고 새로운 분석 기법의 감도 향상을 입증했다.
• 적색편이 z = 0.049인 저에너지 피크 BL Lacs인 AP Lib는 7σ로 탐지되었고, 광도는 0.02 크랩 단위, 스펙트럼 지수는 2.5 ± 0.2였다. 넓은 SED는 외부 역방사성 콜로이드 방출 메커니즘을 지지했다.
• HESS J1943+213는 7.9σ로 탐지되었으며, 광도는 0.02 크랩 단위, 부드러운 스펙트럼(광자 지수 3.1 ± 0.3)을 보였고, 명백한 항성 대응체가 없었다. 이는 극도로 높은 에너지 피크를 가진 블라자르 기원을 지지하며, 적색편이 하한 z > 0.14를 설정했다.
• 향상된 분석 기법의 개발은 희미한 VHE 소스 탐지 능력을 크게 향상시켰고, 짧은 관측 시간으로도 탐지 가능하게 하였으며, 알려진 VHE 은하간 소스 집단을 확장시켰다.