[論文レビュー] A revisited study of the unidentified $\gamma$-ray emission towards the SNR Kes 41

L. Supán, G. Castelletti+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 17, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 38被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、9年間のFermi-LATデータと更新された電波連続スペクトル測定を用いて、超新星残光Kes 41方向における未解明のGeV帯γ線放射の起源を再評価する。ブレムストラーリングによる相対論的電子からの放射が、ハドロン的パイオン崩壊と同等にγ線放射を説明できることを示しており、両モデルとも観測データに適合し、超新星エネルギー予算の標準的10%未塔の全加速粒子エネルギーを要する。

ABSTRACT

Kes 41 is among the Galactic supernova remnants (SNRs) proposed to be physically linked to $\gamma$-ray emission at GeV energies. Although not conclusively, the nature of the $\gamma$-ray photons has been explained by means of hadronic collisions of particles accelerated at the SNR blast wave with target protons in an adjacent molecular clump. We performed an analysis of Fermi-Large Area Telescope (LAT) data of about 9 years to assess the origin of the $\gamma$-ray emission. To investigate this matter we also used spectral modelling constraints from the physical properties of the interstellar medium towards the $\gamma$-ray emitting region along with a revised radio continuum spectrum of Kes 41 ($\alpha = -0.54 \pm 0.10$, $S\propto u^{\alpha}$). We demonstrated that the $\gamma$-ray fluxes in the GeV range can be explained through bremsstrahlung emission from electrons interacting with the surrounding medium. We also consider a model in which the emission is produced by pion-decay after hadronic collisions, and confirmed that this mechanism cannot be excluded.

研究の動機と目的

• . 9年間のFermi-LATデータを用いて、Kes 41方向における未解明のGeV帯γ線放射の起源を再評価すること。
• . γ線生成のためのレプトン的（ブレムストラーリング）とハドロン的（パイオン崩壊）メカニズムの妥当性を評価すること。
• . 電波、分子ガス、原子ガス観測からの更新された物理的制約を統合し、スペクトルエネルギー分布モデリングを精緻化すること。
• . 観測されたγ線放射が、超新星残光の衝撃波前線における電子または陽子の加速によって説明可能かどうかを特定すること。

提案手法

• . 2008年から2017年までの9年間のFermi-LATデータ（3FGL J1838.6−4654を中心とする10°の領域）を分析した。
• . 電子分布とシンクロtron放射を制約するため、見直された電波連続スペクトル（α = −0.54 ± 0.10）を用いた。
• . 相対論的電子からのブレムストラーリングおよび逆コンプトン放射に基づくレプトン的モデルを構築した。
• . モデルに周囲の分子ガス、原子ガス、イオン化ガス密度を組み込み、パイオン崩壊に起因するγ線放射を模擬したハドロン的モデルを構築した。
• . モデルのSEDをFermi-LATデータと比較し、スペクトル指数および正規化パラメータを用いて、レプトン的およびハドロン的状況をフィッティングした。
• . 発生過程における電子と陽子の相対的寄与度を評価するために、微分粒子比 ˜Kep(E) を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 . 相対論的電子が周囲の媒体と相互作用するブレムストラーリング放射が、Kes 41方向における観測されたGeV帯γ線放射を説明できるか？
• RQ2 . 更新されたスペクトル的および空間的制約を踏まえると、ハドロン的パイオン崩壊メカニズムは依然として妥当性を保っているか？
• RQ3 . 各モデルが要請する加速粒子の全エネルギーはどの程度であり、標準的超新星エネルギー予算の10%と比べてどうか？
• RQ4 . 電子対陽子の微分数比 ˜Kep(E) が、レプトン的およびハドロン的成分の相対的寄与度に与える影響は？
• RQ5 . 逆コンプトン散乱がGeV帯γ線放射を説明できるか、それともスペクトルモデリングによって除外されるか？

主な発見

• . GeVエネルギー領域のγ線放射は、周囲の媒体と相互作用する相対論的電子からのブレムストラーリング放射によって、うまく説明可能である。
• . ハドロン的パイオン崩壊メカニズムは依然として妥当であり、データによって除外されないが、レプトン的モデルよりも高いエネルギー入力を要する。
• . レプトン的およびハドロン的両モデルにおいて、加速粒子の全エネルギーは、標準的超新星エネルギー予算の10%未塔である。
• . 加速陽子の最大エネルギーは (1.57 ± 0.56) × 10^49 erg と推定され、標準的10^50 ergの値を下回っている。
• . レプトン的モデルに要請される電子対陽子微分数比 ˜Kep(E) は約0.06であり、標準的値の約0.01よりも高いが、スペクトル指数の変動により依然として妥当である。
• . 標準的 ˜Kep 値（約0.01）が個々の天体に適用可能とは限らず、現在の観測では値が約1まで許容される可能性がある。