[论文解读] Discovery of VHE gamma-rays from the radio galaxy PKS 0625-354 with H.E.S.S

Michał Dyrda, A. Wierzcholska+5 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 15被引用 5

一句话总结

该论文报告了使用H.E.S.S.切伦科夫望远镜阵列探测到FRI型射电星系PKS 0625-354的甚高能（VHE）伽马射线辐射，确认其为VHE源，能量高于250 GeV时显著性达6.1σ。VHE能谱符合幂律谱，光子指数为2.8 ± 0.5，580 GeV以上积分通量为(8.7 ± 3.2) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹，支持了VHE辐射射电星系这一新兴类别，其与耀变体不同。

ABSTRACT

Most of the extragalactic objects detected so far in the very high energy (VHE) regime are blazars, but the discovered nearby radio galaxies: M87, Cen A and NGC 1275 of type FRI seem to constitute a new class of VHE emitters. The radio galaxy PKS 0625-354 was observed and detected ($\sim$6$σ$) with the H.E.S.S. phase I telescopes in 2012, above an energy threshold of 250 GeV. The time-averaged VHE energy spectrum is well characterized by a power law model. The broad-band light curve, including the available multiwavelength data, as well as the VHE data gathered with H.E.S.S. will be presented.

研究动机与目标

• 调查邻近的FRI型射电星系（如PKS 0625-354）是否发射甚高能（VHE）伽马射线，以扩展非耀变体型河外VHE源的已知样本。
• 通过研究一个倾角大于典型耀变体的射电星系，检验耀变体序列模型，从而为喷流辐射机制提供互补视角。
• 通过增加已知VHE辐射射电星系的样本，评估非耀变体型活动星系核对河外伽马射线背景的贡献。
• 利用多波段数据（包括Fermi-LAT、Swift和地面光学监测）表征PKS 0625-354的全波段能谱分布（SED）。

提出的方法

• H.E.S.S.一期阵列由四台成像大气切伦科夫望远镜组成，以0.5°偏移的wobble模式观测PKS 0625-354，使用2012年获得的5.5小时优质数据。
• 数据通过标准剪枝的Model分析链进行分析，通过源区与背景区域的平方角距离（θ²）分布计算过量显著性。
• VHE伽马射线能谱采用幂律模型dN/dE = N₀(E/E₀)⁻Γ拟合，其中Γ = 2.8 ± 0.5，参考能量E₀ = 0.58 TeV时归一化为N₀ = (2.77 ± 0.70) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹。
• 使用ImPACT事件重建算法的独立分析验证了谱型拟合结果，确认了研究结果的可靠性。
• Fermi-LAT数据（MJD 54622至56778）采用分箱最大似然法分析，银河系和河外弥漫背景已建模。
• Swift X-ray和UV数据使用HEASoft和XSPEC处理，固定银河系氢柱密度为6.5 × 10²⁰ cm⁻²，光学监测使用ATOM望远镜在R波段进行。

实验结果

研究问题

• RQ1 PKS 0625-354是否可被探测为VHE伽马射线源？其显著性与能谱特性如何？
• RQ2 PKS 0625-354的全波段SED（包含HE、VHE、X射线、UV和光学数据）与射电星系和耀变体的理论模型相比有何异同？
• RQ3 在观测期间，VHE、HE、X射线或光学波段是否存在变异性证据？
• RQ4 Fermi-LAT探测到的HE发射谱型更倾向于对数抛物线模型还是幂律模型？这对其辐射机制有何启示？
• RQ5 PKS 0625-354探测到VHE辐射是否支持存在一类与耀变体不同的新型VHE辐射射电星系？

主要发现

• 使用H.E.S.S.阵列，PKS 0625-354在250 GeV以上能量阈值处被探测为VHE伽马射线源，显著性达6.1σ。
• VHE能谱可用幂律模型良好描述，光子指数为2.8 ± 0.5，参考能量0.58 TeV时归一化为(2.77 ± 0.70) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹。
• 580 GeV以上积分通量为(8.7 ± 3.2) × 10⁻¹³ cm⁻² s⁻¹，相当于H.E.S.S.蟹状星云通量的约4%。
• H.E.S.S.观测期间未检测到VHE波段的显著变异性，恒定通量模型的卡方/自由度为30.128/17，概率为0.81。
• 在HE波段，Fermi-LAT数据表明对数抛物线谱模型（对数似然-253488）比幂律模型（对数似然-253486）更优，显著性约2σ，表明谱型呈弯曲特征。
• Swift/XRT观测显示X射线存在变异性，而ATOM在R波段的光学监测显示通量几乎恒定，但仅限3–4次观测，无法对光学变异性得出明确结论。