[論文レビュー] Detection of TeV emission from the intriguing composite SNR G327.1-1.1

F. Acero, A. Djannati-Ataı̈+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

H.E.S.S.は、複合型超新星残骸G327.1–1.1のパルサー風雲（PWN）と空間的に一致する、硬いTeVガンマ線放射を検出した。これはPWNが放射源であることを示している。エネルギー1–10TeV領域におけるスペクトル指数Γ = 2.1 ± 0.2および放射度1.12 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹は、X線磁気放射に寄与する同じ相対論的電子集団による逆コンプトン放射と整合的であり、PWN起源を支持するとともに、非対称SNR環境における粒子加速のメカニズムに関する知見を提供する。

ABSTRACT

The shock wave of supernova remnants (SNRs) and the wind termination shock in pulsar wind nebula (PWNe) are considered as prime candidates to accelerate the bulk of Galactic cosmic ray (CR) ions and electrons. The SNRs hosting a PWN (known as composite SNRs) provide excellent laboratories to test these hypotheses. The SNR G327.1-1.1 belongs to this category and exhibits a shell and a bright central PWN, both seen in radio and X-rays. Interestingly, the radio observations of the PWN show an extended blob of emission and a curious narrow finger structure pointing towards the offset compact X-ray source indicating a possible fast moving pulsar in the SNR and/or an asymmetric passage of the reverse shock. We report here on the observations, for a total of 45 hours, of the SNR G327.1-1.1 with the H.E.S.S. telescope array which resulted in the detection of TeV gamma-ray emission in spatial coincidence with the PWN.

研究の動機と目的

• 複合型超新星残骸G327.1–1.1に存在するパルサー風雲（PWN）および殻状残骸を伴う、TeVガンマ線放射の起源を特定すること。
• 源の角サイズが小さく、形状が複雑であることに鑑み、TeV放射がPWN由来かSNR殻由来かを解明すること。
• 特に、高衝撃速度パルサーおよび非対称な衝撃波形態の可能性を考慮し、PWNの多波長的性質と逆衝撃との相互作用を調査すること。
• TeV、X線、電波データの比較を通じて、PWN内の物理的状態および粒子加速メカニズムを制約すること。

提案手法

• H.E.S.S.はナミビアに設置された4台の像空気チェレンコフ望遠鏡アレイを用い、合計45時間の観測を実施。視野は5°、1カメラあたり960個のフォトマルチプライヤー管を有する。
• データ解析にはモデル分析手法を採用。シャワー像を事前に計算されたモデルと比較し、対数尤度最小化を適用することで、角度分解能を0.05°（68%包含半径）まで向上させた。
• 角度精度を向上させるために、再構築された方向の不確実性に制限（dDir ≤ 0.03°）を追加したが、その代わりに統計的精度が低下した。
• スペクトル解析には、前方フォールディング最大尤度法を用い、最良適合ガンマ線位置を中心とする0.1°の円形領域を対象とし、複数の反転領域を用いたバックグラウンド除去を実施した。
• 結果の妥当性を確認するため、独立したキャリブレーションとガンマ線/ヘドロン分離を実施した多次元解析手法を併用し、一貫性を確認した。
• エネルギースペクトルは、dN/dE = N₀(E/E₀)⁻ᵞというパワーロー法則モデルでフィットした。E₀ = 1.39 TeVとして、光子指数と放射度を導出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 G327.1–1.1のTeVガンマ線放射は、パルサー風雲（PWN）と空間的に一致しており、SNR殻由来ではないか？
• RQ2 TeV放射のスペクトル形状と放射度は何か？ また、PWNからのX線および電波放射と比較するとどうなるか？
• RQ3 PWNの観測された形態および関連するX線のコメット型構造は、高衝撃速度パルサーまたは非対称な逆衝撃を示唆するか？
• RQ4 観測されたTeV放射は、X線磁気放射から推定される相対論的電子による逆コンプトン散乱と整合的か？
• RQ5 X線とTeV放射のスペクトル類似性は、電子集団および加速メカニズムに何を示唆するか？

主な発見

• H.E.S.S.は、8σの有意水準で、G327.1–1.1の電波およびX線PWNと空間的に一致するコンパクトなTeVガンマ線源を検出した。
• 最良適合ガンマ線位置は、α_J2000 = 15h54m36s、δ_J2000 = -55°05′05″であり、1σの不確実性は約1arcminであり、X線コメット構造の対称軸上に位置する。
• 源の固有のガウス幅は、(1.8 ± 0.6) arcminであり、機器のPSFからデコンボリューションされた結果である。
• エネルギースペクトルは、光子指数Γ = 2.1 ± 0.2（統計的）± 0.2（系誤差）で、パワーロー法則でよく記述され、E₀ = 1.39 TeVにおける正規化N₀ = (1.7 ± 0.3) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹である。
• 1–10TeV領域における全放射度は1.12 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹であり、同じエネルギー範囲で同定されたカブスネバの1.5%に相当する。
• スペクトル指数は、PWN全体のX線スペクトル指数（2.11 ± 0.03）とほぼ同一であり、磁気放射（X線）と逆コンプトン放射（TeV）の両者を担う共通の相対論的電子集団が存在することを示唆している。