[论文解读] Extending the H.E.S.S. Galactic Plane Survey

R. C. G. Chaves|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 15

一句话总结

本文介绍了扩展后的H.E.S.S.银河系平面巡天，其覆盖范围已扩展至870平方度的银经（275°–60°），观测时间超过1400小时，显著提升了灵敏度。该巡天发现了大量新的甚高能（VHE）伽马射线源，包括HESS J1923+141、HESS J1741−302、HESS J1708−443、HESS J1507−622，以及来自Westerlund 1星团的辐射，其中许多源与超新星遗迹或脉冲星风星云相关。

ABSTRACT

The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), located in the Khomas Highlands of Namibia, is an array of four imaging atmospheric-Cherenkov telescopes designed to detect gamma-rays in the very-high-energy (VHE; E > 100 GeV) domain. It is an ideal instrument for surveying the Galactic plane in search of new sources of VHE gamma-rays, due to its location in the Southern Hemisphere, its excellent sensitivity, and its large field-of-view. The H.E.S.S. Galactic Plane Survey (GPS) began in 2004 and initial observations of the Galactic plane resulted in the discovery of numerous VHE gamma-ray emitters. This original H.E.S.S. GPS covered the inner Galaxy within +/- 30 deg in longitude and +/- 3 deg in latitude. In the last four years, the longitudinal extent of the survey has more than doubled, now including the region l = 275 deg - 60 deg, and the exposure in the inner Galaxy has also been significantly increased. These efforts have consequently led to the discovery of many previously-unknown VHE gamma-ray sources with high statistical significance. We report on the current status of this ongoing, extended H.E.S.S. GPS, present the latest images of the survey region, and highlight the most recent discoveries.

研究动机与目标

• 将H.E.S.S.银河系平面巡天（GPS）扩展至南天区更广的银河系平面区域。
• 通过增加银河系平面区域的观测曝光时间，提升对暗弱或延展VHE伽马射线源的探测灵敏度。
• 识别并表征新的VHE伽马射线源，特别是与超新星遗迹、脉冲星风星云及大质量星团相关的源。
• 通过考虑多重检验并增加数据量，提高源检测的统计显著性。
• 为未来的多波段和理论研究提供一份全面、高灵敏度的银河系平面图。

提出的方法

• 使用H.E.S.S.四台成像大气契伦科夫望远镜阵列，在宽广的银经范围（275°–60°）内进行系统性扫描模式观测。
• 通过额外的巡天观测、候选源的重复观测以及专门的指向观测，将总曝光时间从约230小时增加至1400小时以上。
• 采用5°视场和高角分辨率（约0.1°），以高灵敏度高效覆盖大面积区域，探测能量高于100 GeV的VHE伽马射线。
• 应用预试验显著性图，并对多重检验进行统计校正，以识别事后显著性大于5σ的源。
• 对有希望的候选源进行后续指向观测，以确认检测结果并测量其能谱特性。
• 分析源在银纬方向的分布，并与已知结构（如旋臂、分子云）进行比较，以推断其关联性。

实验结果

研究问题

• RQ1 扩展后的H.E.S.S.银河系平面巡天在探测新VHE伽马射线源方面的覆盖范围和灵敏度如何？
• RQ2 新探测到的VHE源的空间分布如何与已知的银河系结构（如旋臂、分子云和星团）相关联？
• RQ3 新发现的VHE伽马射线源最可能的天体物理起源是什么，特别是那些缺乏清晰多波段对应体的源？
• RQ4 扩展巡天中增加的曝光时间如何提升对暗弱或延展VHE源的探测能力？
• RQ5 在对多重检验进行校正后，新源检测的统计显著性和可靠性如何？

主要发现

• 扩展后的H.E.S.S.银河系平面巡天现已覆盖银经275°至60°、银纬±3°的870平方度区域，显著扩展了原始360平方度的巡天范围。
• 巡天区域的总曝光时间从约230小时增加至1400小时以上，提升了灵敏度，使更暗弱的源得以被探测。
• 截至2009年5月，H.E.S.S.已在扩展巡天区域或其附近探测到52个银河系VHE伽马射线源，其中8个源的事后显著性超过6σ。
• 新发现的源包括HESS J1923+141、HESS J1741−302、HESS J1708−443和HESS J1507−622，后者位于银纬b ≈ −3.5°，远离银河平面。
• 已探测到来自Westerlund 1大质量年轻星团的VHE伽马射线辐射，可能与沃尔夫-拉叶星有关，但其确切辐射机制仍在研究中。
• VHE源的平均银纬为b = −0.26°，标准差为0.40°，表明其强烈集中在银河平面附近，其中四个源为低银纬的异常值。