[논문 리뷰] Evidence for TeV gamma-ray emission from the shell type SNR RXJ1713.7-3946

H. Muraishi, T. Tanimori외 24명|arXiv (Cornell University)|2000. 01. 05.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 2인용 수 23

한 줄 요약

이 논문은 CANGAROO 대기 체링코프 망원경을 사용하여 5.6σ의 유의수준에서 탐지된 테바르드 레인지의 초신성 잔재 RX J1713.7-3946에서 테바르드 감마선 방출에 대한 증거를 제시한다. 이 방출은 북서쪽 가장자리에 국한되어 있으며, 초고속 상대론적 전자에 의한 우주 마이크파배경복사 광자의 역방향 콜로이드 산란과 일치하며, 약 11 μG의 낮은 자기장 강도를 암시한다. 이는 초신성 잔재가 테바르드 입자 가속화의 장소임을 뒷받iesen다.

ABSTRACT

We report the results of TeV gamma-ray observations of the shell type SNR RXJ1713.7-3946 (G347.3-0.5). The discovery of strong non-thermal X-ray emission from the northwest part of the remnant strongly suggests the existence of electrons with energies up to 100 TeV in the remnant, making the SNR a good candidate TeV gamma-ray source. We observed RXJ1713.7-3946 from May to August 1998 with the CANGAROO 3.8m atmospheric imaging Cerenkov telescope and obtained evidence for TeV gamma-ray emission from the NW rim of the remnant with the significance of 5.6 sigma. The observed TeV gamma-ray flux from the NW rim region was estimated to be (5.3 +/- 0.9[statistical] +/- 1.6[systematic]) * 10^{-12} photons cm^{-2} s^{-1} at energies >= 1.8 +/- 0.9 TeV. The data indicate that the emitting region is much broader than the point spread function of our telescope. The extent of the emission is consistent with that of hard X-rays observed by ASCA. This TeV gamma-ray emission can be attributed to the Inverse Compton scattering of the Cosmic Microwave Background Radiation by shock accelerated ultra-relativistic electrons. Under this assumption, a rather low magnetic field of 11 micro gauss is deduced for the remnant from our observation.

연구 동기 및 목표

• 쉘형 초신성 잔재인 RX J1713.7-3946에서 테바르드 감마선 방출을 탐색하고, 이는 초고속 상대론적 전자 가속화의 후보 장소이다.
• 테바르드 감마선이 충격에 의해 가속된 전자에 의한 간섭계 우주 마이크파배경복사 광자의 역방향 콜로이드 산란에서 기인한다는 가설을 검증한다.
• 감마선 및 X선 빛의 강도 제약 조건을 사용하여 잔재 내 자기장 강도를 추정한다.
• 이전에 알려진 유일한 테바르드 감마선 방출을 보이는 초신성 잔재인 SN1006과 RX J1713.7-3946의 물리적 조건을 비교한다.
• 왜 테바르드 감마선 방출이 몇몇 초신성 잔재들, 특히 낮은 주변 밀도와 낮은 자기장 강도를 가진 것들에서만 관측되는지 조사한다.

제안 방법

• 관측는 1998년 5월부터 8월까지 3.8m CANGAROO 대기 영상 체링코프 망원경을 사용하여 수행되었다.
• 데이터 분석은 이전에 강한 비열성 X선 방출이 관측된 RX J1713.7-3946의 북서쪽 가장자리에 집중되었다.
• 감마선 방출율은 에너지 범위 ≥1.8 ± 0.9 TeV에서 측정되었으며, 통계적 및 체계적 오차가 추정되었다.
• 관측된 테바르드 감마선 방출율을 바탕으로, 전력 법칙 전자 스펙트럼을 가정하여 역방향 콜로이드 복사 강도를 유도하였다.
• 동일한 에너지 범위의 전자에 대해 싱크로트론 복사와 역방향 콜로이드 복사 강도를 동일시하여 자기장 강도를 계산하였다.
• ASCAT X선 데이터를 사용하여 0.5–10 keV 대역에서의 싱크로트론 복사 강도를 고에너지로 외삽하였으며, 전력 법칙 지수 -1.44를 가정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 쉘형 초신성 잔재인 RX J1713.7-3946에서 테바르드 감마선 방출에 대한 증거가 있는가?
• RQ2 관측된 테바르드 감마선 방출은 상대론적 전자에 의한 우주 마이크파배경복사 광자의 역방향 콜로이드 산란으로 설명될 수 있는가?
• RQ3 관측된 감마선 및 X선 복사 강도를 바탕으로 잔재 내에서 추정되는 자기장 강도는 얼마인가?
• RQ4 왜 테바르드 감마선 방출은 RX J1713.7-3946와 SN1006와 같이 몇몇 초신성 잔재들에서만 관측되는가?
• RQ5 특히 자기장과 주변 밀도를 포함한 물리적 조건이 RX J1713.7-3946와 다른 초신성 잔재들과 비교하여 어떻게 다른가?

주요 결과

• RX J1713.7-3946의 북서쪽 가장자리에서 5.6σ의 유의수준에서 뚜렷한 테바르드 감마선 신호가 탐지되었다.
• 관측된 테바르드 감마선 방출율은 에너지 ≥1.8 ± 0.9 TeV 범위에서 (5.3 ± 0.9[stat] ± 1.6[sys]) × 10⁻¹² 광자 cm⁻² s⁻¹로 측정되었다.
• 방출 영역은 망원경의 점상 함수보다 넓었으며, ASCA가 관측한 딱딱한 X선 방출의 범위와 일치하였다.
• 감마선 방출은 에너지가 약 100 테바르드까지 도달하는 전자에 의한 우주 마이크파배경복사 광자의 역방향 콜로이드 산란으로 가장 잘 설명된다.
• 잔재 내에서 추정되는 자기장 강도는 약 11 μG로, 낮은 자기장 환경임을 시사한다.
• RX J1713.7-3946의 낮은 자기장과 낮은 주변 물질 밀도는 라디오 무성 및 약한 π⁰ 붕괴 감마선 방출을 설명할 수 있으며, SN1006와 유사하다.