[論文レビュー] Observations of SNR CTA 1 and the Cyg OB1 region with VERITAS

E. Aliu|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

VERITASは、若い超新星残骸CTA 1からの拡張した超高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を検出。これは中心のパルサーによって駆動されている可能性が高く、また、サイグヌス領域の複雑な源MGRO J2019+37を複数の成分に分解し、CTB 87に明確な点源を特定。これらの結果は、パルサー風雲における逆フラーレンスキャッタリングによるレプトン的起源を支持しており、多波長データはサイグヌスOB1 associationに複数のVHE源が存在することを示唆している。

ABSTRACT

The Cygnus region is a nearby very active star forming region, containing several OB associations, considered as tracers of young pulsars. Above 12 TeV, the Milagro Collaboration has reported the discovery of a very large source, MGRO J2019+37, lying towards the Cyg OB1 association, at the edge of the Cygnus region. The young and energetic pulsar PSR J2021+3651 has been proposed to power this emission. We present here the result of deep VERITAS observations of this region at energies above 650 GeV. These observations unveil extended and complex TeV emission compatible with MGRO J2019+37, likely made of multiple sources, and a clearly separated point source emission from the direction of CTB 87, a pulsar wind nebula candidate. We will also report on the detection of TeV emission from the young Galactic SNR CTA 1, likely powered by the first pulsar discovered through its gamma-ray radiation.

研究の動機と目的

• サイグヌス領域における拡張したVHEガンマ線放射の起源、特に以前は分解できなかったMGRO J2019+37の同定。
• 理論的モデルが予測するように、超新星残骸CTA 1のVHE放射が中心パルサーによって駆動されているかどうかを特定すること。
• パルサー、HII領域、未同定天体を含む、Cyg OB1 association内に存在する複数の潜在的源の寄与を解明すること。
• スペクトル的および形状的性質を分析することで、VHEガンマ線生成におけるハドロン的プロセスとレプトン的プロセスの役割を評価すること。
• Cyg OB1のような若い活発な星形成領域における宇宙線加速メカニズムの理解を深めること。

提案手法

• VERITASは、フレッド・ローレンス・フリーディッシュ・ホイップル観測所に設置された4台のイメージング大気チェレンコフ望遠鏡を用いて、深さのあるステレオ観測を実施した。
• CTA 1のような大規模な超新星残骸および拡張したCyg OB1領域への感度を最適化するため、0.7°のオフセットをとったウブリングモードで観測が実施された。
• イベント再構築には、ハードスペクトル源に最適化されたステレオシャワー再構築のための古典的ヒルズパラメータが用いられた。
• 信号抽出には、点源および拡張源成分の両方を検出できる2つの固定統合半径（θint = 0.09°および0.23°）が用いられた。
• 事前試行および事後試行補正を用いて統計的有意性を評価し、検出の信頼性を確認した。
• VHE源と既知の天体との関連づけのために、電波、X線、高エネルギー（HE）ガンマ線データ（例：EGRET、LAT、XMM-Newton）を用いた多波長クロス識別が実施された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 超新星残骸CTA 1からの拡張VHEガンマ線放射の起源は何か？ また、中心パルサーによって駆動されるパルサー風雲と整合的か？
• RQ2 複雑なVHE源MGRO J2019+37は複数の個別源から構成されており、そのうちどの源が放射を担っているか？
• RQ3 CTB 87のVHE放射は、その地域に既知のパルサーと明確に関連づけられるか？ また、パルサー風雲と整合的か？
• RQ4 Cyg OB1領域中央部のVHE放射のスペクトル的および形状的性質は何か？ 既知のPWNおよびHEガンマ線源と比較するとどうなるか？
• RQ5 スペクトル的および空間的データに基づき、観測されたVHE放射の原因として最も可能性が高いのはハドロン的プロセスか、レプトン的プロセスか？

主な発見

• VERITASは、CTA 1からの拡張VHEガンマ線放射を、事前試行有意水準7.3σ、事後試行有意水準6.2σで検出。信頼性の高い信号であることが確認された。
• CTA 1からのVHE放射は、中心パルサーおよびPWNと空間的に一致しており、逆フラーレンスキャッタリングによるレプトン的起源を支持する。
• 複雑な源MGRO J2019+37は2つの主要な成分に分解され、CTB 87に点源が存在し、初期の流量は1テラエレクトロンボルト以上で、みずからが1%のカブレットネビュラの流量に相当する。
• VHE源VER J2016+372/CTB 87は、ガンマ線指数Γ ≈ 2.1 ± 0.4 statの硬スペクトルを示し、既知のパルサー風雲と整合的である。
• CTB 87源の有意水準は時間とともに上昇しており、安定した放射を示しており、Blazar BS 2013+370とは99%の信頼度で整合しない。
• Cyg OB1領域における拡張放射の複数の潜在的寄与要因が特定され、PSR J2021+3651、WR 141、IGR J20188+3647、およびVERITASの放射と重複する新しい非熱的X線源が含まれる。