[論文レビュー] Observation of Radio Galaxies and Clusters of Galaxies with VERITAS

N. Galante|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

VERITASは、非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を探索するため、電波銀河NGC 1275および3C 111、およびコマ銀河団を観測した。高い感度にもかかわらず、有意なVHE信号は検出されず、250 GeV以上のエネルギーでNGC 1275に対して2.58 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹、コマ団に対してはクレーブ・フラックスの約3%の上限が設定された。これにより、これらの源における粒子加速およびダークマター散乱のモデルが制約された。

ABSTRACT

Radio galaxies are the only non-blazar extragalactic objects detected in the VHE (E >100 GeV) band. These objects enable the investigation of the main substructures of the AGN, in particular the core, the jet and its interaction with the intergalactic environment. Clusters of galaxies, instead, have not been detected by gamma-ray observatories. These objects are collections of up to thousands of galaxies and are the densest large-scale structures in the universe. Galaxy clusters consist of up to 85% dark matter, that could reveal its presence through self-annihilation and VHE gamma-ray emission. The observation of non-thermal diffuse radio emission in galaxy clusters suggests the presence of accelerated particles and high magnetic fields that can also produce VHE emission. Results from the VERTIAS observations of radio galaxies and galaxy clusters will be presented.

研究の動機と目的

• 電波銀河は、VHEバンドで検出された唯一の非ブラザー銀河系源であるため、VHEガンマ線放射を調査すること。
• ダークマターで支配される銀河団が、自己散乱またはハドロニクス過程によってVHE光子を放出するかどうかを検証すること。
• 高感度VHE観測を用いて、AGNジェットおよび銀河団内媒体における非熱的粒子加速を調べること。
• 視野角が大きい電波銀河のVHE検出または非検出を通じて、スパイン・シーストジェットモデルを均一なSSCモデルよりも支持するかを検証すること。
• AGNジェットや銀河団といった大規模天体構造における宇宙線加速の理解を深めること。

提案手法

• VERITASは2008年、天の赤緯が9°から30°の範囲で、電波銀河NGC 1275および3C 111、およびコマ団を観測した。
• 天候不良または技術的問題による観測を除外した後、3C 111で11時間、M 87で8時間、コマ団で19時間の有効観測時間が得られた。
• 標準的なVEGAS解析を実施し、シャワー像の再構築と、画像の長さと幅に基づくバックグラウンド排除を用いてガンマ線シャワーとプロトンシャワーを区別した。
• VHE信号に対する感度を最大化するために、クレーブに類似したスペクトルを用いてバックグラウンド排除カットを最適化した。
• 20%の検出効率の不確実性を考慮したポisson的バックグラウンドモデルを用い、99%信頼水準での上限を計算した。
• コマ団に対しては、コアを中心とするやや広がった発光領域を仮定して、拡大源解析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1275や3C 111といった電波銀河は、検出可能なVHEガンマ線を放出するのか。もしそうなら、これはジェット構造や粒子加速モデルにどのような意味を持つのか？
• RQ2 コマのような銀河団が、ダークマターの自己散乱またはハドロニクス過程によってVHEガンマ線を生成できるのか？
• RQ3 銀河団内の観測された非熱的電波およびX線放射は、相対論的電子または陽子からのVHE放射と整合的なのか？
• RQ4 視野角が大きい電波銀河のVHE観測結果は、均一なSSCモデルよりもスパイン・シーストジェットモデルを支持するのか？
• RQ5 非検出結果が、AGNジェットおよび銀河団内媒体における放射度および粒子加速効率にどのような制約をもたらすのか？

主な発見

• NGC 1275からの有意なVHEガンマ線信号は検出されず、99%信頼水準で250 GeV以上のエネルギーで積分上限が2.58 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹の前提となった。
• コマ団の解析では、点源または拡大源のVHE放射の証拠は得られず、コアを中心とするやや広がった領域に対しては、上限が約クレーブ・フラックスの3%に相当した。
• 3C 111の観測はまだ進行中だが、検出は得られず、11時間の有効観測時間のデータ品質は解析に十分であった。
• NGC 1275およびコマ団での非検出結果は、AGNジェットおよび銀河団内媒体におけるハドロニクス的およびレプトン的放射モデルを制約した。
• これらの結果は、これらの源に強いVHE放射がないことを示唆しており、粒子加速が非効率的であるか、またはVHEエネルギー領域では放射メカニズムが抑制されている可能性を示唆している。
• 上限値は、銀河団におけるダークマター散乱モデルおよびAGNジェットにおけるハドロニクス過程モデルに対する重要な制約を提供した。