[논문 리뷰] Search for TeV Emission from Geminga by VERITAS

G. Finnegan|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 30.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 11인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 VERITAS 이미징 대기 찰렌코프 망원경 어레이를 사용하여 게밍가 펄서에서 테바르드 레이저 방출을 탐색한다. 10.4시간의 관측에도 불구하고 유의미한 방출은 관측되지 않았으며, 300 GeV 이상의 정상적 방출에 대한 99% 신뢰수준 상한은 <2×10⁻¹² 입자 cm⁻² s⁻¹이고, 주기적 방출에 대해서는 0.8–1.0×10⁻¹² 입자 cm⁻² s⁻¹이다.

ABSTRACT

The Geminga gamma ray source was first detected by the SAS-2 gamma-ray satellite observatory and the COS-B x-ray satellite observatory, and has been identified as a radio-quiet pulsar associated with a 300,000 year old supernova remnant. Geminga is one of the brightest GeV sources as seen by the Large Area Telescope on board the Fermi gamma-ray satellite observatory. A ground based detection was accomplished by the Milagro extensive air shower array at energies greater than 20 TeV. During 2007 VERITAS performed observations to search for TeV gamma ray emission from the Geminga pulsar and the region near Geminga. In this paper, we describe these measurements and the new analysis of these observations.

연구 동기 및 목표

• VERITAS 어레이를 사용하여 게밍가 펄서에서 테바르드 감마선 방출을 탐색하기 위해.
• GeV(Fermi-LAT)와 20 테바르드(Milagro) 사이의 게밍가 스펙트럼의 에너지 갭을 해결하기 위해.
• 이전의 Milagro 관측에서 제안된 바와 같이, VERITAS가 게밍가에서 펄스형 또는 확장된 테바르드 방출을 탐지할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 입자 가속 메커니즘, 특히 우주선 과잉 기여 가능성까지 포함하여 게밍가 시스템의 이해를 향상시키기 위해.
• 고해상도 테바르드 측정을 통해 Fermi-LAT와 Milagro 관측 간의 스펙트럼 에너지 분포 브리지 제공하기 위해.

제안 방법

• VERITAS는 2007년 11월~12월 동안 0.5° 오프셋을 가진 움직임 모드로 15시간의 데이터를 수집하였으며, 품질 절차를 통과한 10.4시간이 분석에 사용되었다.
• 점원자 분석에서는 반사 영역 배경 방법과 링 배경 방법을 사용하여 배경 수준을 추정하였다.
• 신뢰도는 신호 대 배경을 평가하기 위해 Li & Ma의 우도 비율 방법을 사용하여 계산되었다.
• 이벤트 도착 시간에 바리센터 보정을 적용하여, XMM-Newton, ASCA 및 EGRET 데이터로부터 알려진 게밍가의 에포시스와 일치시켰다.
• 주기성 분석에서는 알려진 펄서 위상과 이벤트 위상 분포를 비교하여 조절된 방출 여부를 탐색하였다.
• 확장원자 분석은 이 연구에서 완료되지 않은 상태로 진행 중이었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VERITAS는 300 GeV 이상에서 게밍가 펄서의 정상적 테바르드 감마선 방출을 탐지할 수 있는가?
• RQ2 게밍가의 237 ms 펄서 주기와 일치하는 위상 조절이 테바르드 방출에 나타나는가?
• RQ3 VERITAS는 Milagro에서 보고된 5–10 파세크에 걸친 확장된 테바르드 방출을 해상도를 높여 확인할 수 있는가?
• RQ4 100 GeV에서 30 테바르드 범위에서 게밍가의 스펙트럼 에너지 분포는 무엇이며, Fermi-LAT와 Milagro 관측을 어떻게 연결하는가?
• RQ5 VERITAS는 게밍가 시스템에서 역-콤프턴 산란 또는 π-붕괴와 같은 입자 가속 메커니즘을 구분할 수 있는가?

주요 결과

• VERITAS 데이터의 점원자 분석에서 감마선의 유의미한 초과는 발견되지 않았으며, ON 및 OFF 이벤트 분포는 배경과 일치하였다.
• 300 GeV 이상에서 게밍가의 정상적 테바르드 방출에 대한 99% 신뢰수준 상한은 <2×10⁻¹² 입자 cm⁻² s⁻¹이다.
• 주기성 분석에서 VERITAS 이벤트 도착 시간과 알려진 펄서 위상 간의 상관관계는 없었으며, 조절된 방출에 대한 99% 신뢰수준 상한은 0.8–1.0×10⁻¹² 입자 cm⁻² s⁻¹이었다.
• 2차원의 신뢰도 지도와 1차원의 신뢰도 히스토GRAM은 영점 중심의 가우시안 분포를 보였으며, 기대되는 배경 변동과 일치하였다.
• 이 데이터셋에서 Fermi-LAT(GeV)와 Milagro(20 테바르드) 사이의 관측된 에너지 갭은 VERITAS에 의해 메워지지 않았다.
• 확장원자 분석은 진행 중이었으며, Milagro에서 보고된 2.6° ± 0.7°의 확장성 방출을 시험하기 위한 목적이었다.