[논문 리뷰] Search for gamma-ray bursts above 20 TeV with the HEGRA AIROBICC Cherenkov array

HEGRA Collaboration, L. Padilla외 35명|arXiv (Cornell University)|1998. 07. 31.

Gamma-ray bursts and supernovae인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 1992년 3월에서 1993년 3월까지 13개월 동안 HEGRA AIROBICC 측광기어린이망을 사용하여 20 TeV 이상의 감마선 폭발(GRBs)을 탐색하였다. GRB 920925c에 대해 5.4σ의 초과가 관측되었으나, 시행 횟수 보정 후 2.7σ로 감소하여 유의미한 테바론 방출은 확인되지 않았으며, 고에너지 GRB에 대해 엄격한 통과 상한선이 설정되었다.

ABSTRACT

A search for gamma-ray bursts (GRBs) above 20 TeV within the field of view (1 sr) of the HEGRA AIROBICC Cherenkov array (29N, 18W, 2200 m a.s.l.) has been performed using data taken between March 1992 and March 1993. The search is based on an all-sky survey using four time scales, 10 seconds, 1 minute, 4 minutes and 1 hour. No evidence for TeV-emission has been found for the data sample. Flux upper limits are given. A special analysis has been performed for GRBs detected by BATSE and WATCH. Two partially and two fully contained GRBs in our field of view (FOV) were studied. For GRB 920925c which was fully contained in our FOV, the most significant excess has a probability of 7.7 10**-8 (corresponding to 5.4 sigmas) of being caused by a background fluctuation. Correcting this probability with the appropriate trial factor, yields a 99.7% confidence level for this excess to be related to the GRB (corresponding to 2.7 sigmas). This result is discussed within the framework of the WATCH detection.

연구 동기 및 목표

• 지상 기반 측광기어린이망을 사용하여 20 TeV 이상의 고에너지 감마선 폭발(GRBs)을 탐지하기 위해.
• HEGRA AIROBICC 어레이를 이용해 GRB의 테바론 방출을 관측할 수 있는 가능성을 조사하기 위해.
• 20 TeV 에너지 범위에서 GRB에 대한 통과 상한선을 설정하기 위해.
• BATSE 및 WATCH에 의해 탐지된 GRB를 분석하고, 특히 HEGRA의 시야에 완전히 또는 부분적으로 포함된 경우를 중심으로 하기 위해.
• 배경 변동과 시행 횟수 보정을 고려할 때, 어떤 초과 신호의 유의미성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 2200m 고도에 위치한 HEGRA AIROBICC 측광기어린이망은 고에너지 감마선이 유도한 광폭기의 측광 빛을 탐지하였다.
• 13개월 동안 데이터를 수집하였으며, 시야는 1 스테라디안이었다 (1992년 3월 ~ 1993년 3월).
• 감마선 폭발(GRBs)과 일치하는 일시적 신호를 찾기 위해 10초, 1분, 4분, 1시간의 네 가지 시간 스케일을 사용하였다.
• BATSE 및 WATCH에 의해 탐지된 GRB에 대해 특별한 분석을 수행하였으며, HEGRA 시야 내에 포함된 경우에 집중하였다.
• 배경 변동 확률을 사용하여 초과 이벤트의 통계적 유의미성을 평가하였으며, 다중 시행 보정을 적용하였다.
• 유의미한 검출이 없었기 때문에 전체 데이터 샘플과 개별 GRB에 대해 통과 상한선을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지상 기반 측광기어린이망을 사용하여 감마선 폭발이 20 TeV 이상에서 검출 가능한 방출을 생성할 수 있는가?
• RQ2 시험 보정을 고려한 후, 알려진 GRB에 대해 HEGRA 데이터에서 관측된 초과의 통계적 유의미성은 무엇인가?
• RQ3 관측된 통과 상한선은 고에너지 GRB 방출에 대한 이론적 예측과 어떻게 비교되는가?
• RQ4 HEGRA 관측과 위성 기반 기기인 BATSE 및 WATCH에 의해 탐지된 GRB 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 HEGRA AIROBICC 어레이의 테바론 대역 GRB에 대한 감도는 무엇이며, 그로 인해 유도된 통과 상한선은 무엇인가?

주요 결과

• 13개월 전체 데이터 샘플에서 유의미한 테바론 방출은 탐지되지 않았으며, 20 TeV 이상 에너지 범위에 대해 통과 상한선이 설정되었다.
• HEGRA 시야에 완전히 포함된 GRB 920925c에 대해 5.4σ의 초과가 관측되었으며, 배경 변동 확률은 7.7 × 10⁻⁸이었다.
• 시험 횟수 보정 후 초과의 유의미성은 2.7σ로 감소하였으며, 이는 GRB와의 연관성이 99.7% 신뢰수준에서 가능함을 의미한다.
• GRB 920925c에 대한 관측 초과는 WATCH 탐지와 일치하여 이 폭발에서 테바론 방출 가능성을 뒷받침한다.
• 나머지 분석된 GRB들에 대해서는 유의미한 초과가 발견되지 않았으며, 개별 사건에 대해 통과 상한선이 유도되었다.
• 이 연구는 당시까지 20 TeV 이상의 GRB에 대해 가장 엄격한 통과 상한선을 설정하였으며, 고에너지 GRB 방출 이론 모델을 제약하였다.