[論文レビュー] Discovery of VHE emission from PKS 0447-439 with H.E.S.S. and MWL studies

A. Zech, B. Behera+14 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、H.E.S.S. チェレンコフ望遠鏡アレイを用いて、BLラク対象PKS 0447-439からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の初回検出を報告している。検出の有意水準は13.8σである。VHEスペクトルはやや軟らかく（光子指数Γ = 4.36 ± 0.49）、多波長モニタリングでは、Fermi LAT や VHE帯で観測されない急速なX線フレアが確認された。これにより、源の赤方偏移の95%信頼区間上限としてz < 0.53が得られた。

ABSTRACT

Very-high energy (VHE) emission has been detected from PKS 0447-439 with the H.E.S.S. Cherenkov telescope array. This blazar is one of the brightest hard-spectrum extragalactic objects in the Fermi bright source list. Its detection with H.E.S.S. triggered Target of Opportunity observations with the Swift and RXTE telescopes, which show rapid flaring in the X-ray band. The spectrum and light curve measured by H.E.S.S. are presented. Along with the Fermi LAT data it is possible to put an upper limit on the redshift of the source. Implications of the flux evolution are discussed briefly.

研究の動機と目的

• Fermi Bright Source List に掲載された明るい高赤方偏移ブルー・ラクターである PKS 0447-439 からの VHE ガンマ線放射の検出と特徴付け。
• 活発な活動期における X線、ガンマ線、光学帯域における多波長変動の調査。
• Fermi LAT と H.E.S.S. データを統合し、固有スペクトルの仮定に依存しない形で、PKS 0447-439 の赤方偏移に対するきめの粗い上限を導出すること。
• 変動 timescale と赤方偏移上限を用いて、源内発光領域の物理的パラメータを制約すること。

提案手法

• H.E.S.S. は、2009年11月から2010年1月にかけて、モデル解析手法を用いて13.5時間の高品質データを取得した。この手法は、標準的なヒルラス型解析に比べ有意水準を向上させる。
• VHE スペクトルはフォワードフォールディングを用いて抽出され、最良適合のべき乗法則モデルは、カイ二乗/自由度 = 21.05/16 の最尤推定法により導出された。
• Swift および RXTE を用いたターゲット・オブ・オポーチュニティ（ToO）観測が実施され、H.E.S.S. 観測期間中の同時多波長モニタリングが可能となった。
• 赤方偏移の上限は、Fermi LAT データをVHEエネルギー領域に外挿し、[9] のモデルを用いて銀河間背景光（EBL）吸収を補正した後、測定された H.E.S.S. スペクトルと比較することで導出された。
• X線および光学帯域における銀河縁の吸収は、標準的な減光係数および吸収係数（例：NH = 1.78 × 10²⁰ cm⁻²）を用いて考慮された。
• 光曲線は1日ごとにビニングされ、定常放射率モデルへの適合が行われ、有意水準の評価にはカイ二乗/自由度（χ²/ndf）が用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 PKS 0447-439 からの VHE ガンマ線放射が検出されたか。そのスペクトル的および放射率的特徴は何か？
• RQ2 観測期間中、特にX線フレア発生時におけるX線、ガンマ線、光学帯域の光曲線の相関関係は？
• RQ3 Fermi LAT データの外挿と測定された H.E.S.S. スペクトルの一貫性に基づき、PKS 0447-439 の赤方偏移上限は何か？
• RQ4 MJD 55185（2009年12月20日）に観測されたX線フレアは、検出可能なVHEまたはFermi-LAT帯域の変動と相関しているか？
• RQ5 観測された変動 timescale は、源内発光領域のサイズおよびドーリット因子にどのような制約を課えるか？

主な発見

• H.E.S.S. は、13.8σの有意水準で、PKS 0447-439 からの VHE ガンマ線放射を検出。これは、VHE源としての同源の確認を示している。
• VHE スペクトルは軟らかく、光子指数は Γ = 4.36 ± 0.49、1 TeV における放射率正規化は (0.23 ± 0.11) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹ である。
• 2009年12月の250 GeV以上のエネルギーでビニングされた放射率は (7.9 ± 1.9) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ であり、11月および1月と比較してわずかに増加している。
• Fermi LAT 光曲線および光学帯域では有意な変動は検出されなかったが、MJD 55185 に強いX線フレアが観測された。
• Fermi LAT と H.E.S.S. データを統合した結果、95%信頼区間で赤方偏移の上限として z < 0.53 が得られた。これは、Fermi帯域を超えて固有スペクトルが上昇しないという仮定に基づく。
• 赤方偏移範囲 z = 0.176 から z = 0.53 の間では、1日間のX線変動から Rδ⁻¹ ≤ 1.7 × 10¹⁵ cm の制約が得られ、典型的なBLラクターのパラメータと整合的である。