[論文レビュー] New unidentified Galactic H.E.S.S. sources

O. Tibolla, R. C. G. Chaves+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 18, 2009

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、2005年から2008年の間に、H.E.S.S. Cherenkov望遠鏡アレイを用いて銀河平面で新たに発見された5つの未解明の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源を報告する。深い観測と多波長クロスマッチングを用いて、分子雲やパルサー、星団などの可能性のある対応天体を特定した一方で、いくつかの源に対しては標準的な放射メカニズムを排除し、極端な環境における放射メカニズムを制約するため、さらなる多波長研究の必要性を示した。

ABSTRACT

H.E.S.S. is one of the most sensitive instruments in the very high energy (VHE; > 100 GeV) gamma-ray domain and has revealed many new sources along the Galactic Plane. After the successful first VHE Galactic Plane Survey of 2004, H.E.S.S. has continued and extended that survey in 2005-2008, discovering a number of new sources, many of which are unidentified. Some of the unidentified H.E.S.S. sources have several positional counterparts and hence several different possible scenarios for the origin of the VHE gamma-ray emission; their identification remains unclear. Others have so far no counterparts at any other wavelength. Particularly, the lack of an X-ray counterpart puts serious constraints on emission models. Several newly discovered and still unidentified VHE sources are reported here.

研究の動機と目的

• 銀河平面に位置する5つの新たに発見された未解明の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線源の天体物理学的起源を特定すること。
• VHE放射がパルサー風ネbulae（PWN）、超新星残骸（SNR）、または宇宙線と分子雲の相互作用といった既知のメカニズムに起因するかどうかを調査すること。
• 微弱なまたはずれたパルサー、および禁止速度領域の幅（Forbidden-velocity wings）のような異常な運動学的特徴がVHE放射を駆動する役割を果たすかどうかを評価すること。
• X線、電波、Fermi-LAT源との空間的およびスペクトル的相関の有意性を評価し、放射モデルを制約すること。
• これらの源が、古くなったPWNや弱いPWN候補といった既知の源の極端な進化段階であるのか、あるいは新しい天体物理学的現象を示しているのかを特定すること。

提案手法

• 25～143.5時間の有効露出時間を持つH.E.S.S. Cherenkov望遠鏡アレイを用いて、VHEガンマ線観測を深く行った。
• 角分解能の向上とバックグラウンドの排除を図るため、ハードな解析カット（200光電子）を適用し、広がったおよび微弱な源の検出を可能にした。
• ガンマ線受容率補正済みスカイマップにガウシアン平滑化を施し、過剰な放射領域の特定と源の形状評価を実施した。
• 微分エネルギースペクトルをパワー則でフィットし、1 TeV以上のスペクトル指数と放射度を導出した。
• VHE源の位置をX線、電波、Fermi-LAT、光学、HI 21 cmの多波長カタログとクロスマッチングし、可能性のある対応天体を同定した。
• パルサーの回転減衰光度と空間的ずれを観測された放射度と比較することで、放射メカニズム（例：PWN、核子反応）の妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HI 21 cm放射における禁止速度領域の幅（FVW）と関連する可能性があるHESS J1503-582の性質は何か？
• RQ2 W43 HII領域およびWolf-Rayet星WR 121aに近接するHESS J1848-018は、広がった放射を示すが、明確な対応天体を欠いている。これはなぜか？
• RQ3 SNR G359.1-0.5とパルサーPSR B1742-30と空間的に一致するHESS J1745-303は、PWNモデルが32％の効率を要するという点でどのように説明できるか？
• RQ4 1 TeV以上で放射度が約6.3×10⁻¹³ cm⁻²s⁻¹の微弱な源HESS J1741-302は、PSR B1737-30からの弱いパルサー風ネbulaeまたは宇宙線反応によって駆動されているとみなせるか？
• RQ5 特にX線や電波の明確な対応天体が存在しない状況において、分子雲は銀河中心領域のVHE放射にどのような役割を果たすのか？

主な発見

• HESS J1503-582は、禁止速度領域の幅（FVW）と関連する最初のVHE源であり、高速ガス構造と関連した動的起源を示唆している。
• HESS J1848-018はパワー則スペクトルを示し、スペクトル指数Γ = 2.8 ± 0.2、1 TeV以上の放射度が2 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹であり、W43の星形成領域付近の広がった放射と整合的である。
• HESS J1745-303は1 TeV以上の放射度が1.63 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹であり、SNR G359.1-0.5とパルサーPSR B1742-30と空間的に一致しており、PWNモデルでは32％のエネルギー変換効率を要する。
• HESS J1741-302はH.E.S.S.で観測された中で最も微弱な源であり、1 TeV以上の放射度が6.3 × 10⁻¹³ cm⁻²s⁻¹、スペクトル指数が2.78 ± 0.24であり、統計的ゆらぎを超える明確な形状は示さない。
• HESS J1507-622は顕著なX線または電波対応天体を欠き、その放射は未解明のままであり、既知のSNRやパルサーとは明確に関連しない。
• HESS J1741-302やHESS J1503-582を含む複数の源は、全波長帯域で強い対応天体を欠いており、新たなまたは極端な天体物理学的放射メカニズムの可能性を示唆している。