[论文解读] Resolving the Extragalactic Background Light with gamma-ray spectra from distant blazars

F. Aharonian|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2005

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 10

一句话总结

本研究利用 H.E.S.S. 在 TeV 能段探测到的两个遥远耀变体 H 2356-309（z=0.165）和 1ES 1101-232（z=0.186）的硬伽马射线谱，探测河外背景光（EBL）。该研究建立了迄今为止对光学至近红外波段 EBL 的最紧致上限，表明其显著低于以往估计值，且与由已解析星系得出的最小可能值一致，暗示高能伽马射线在星际空间中的透明度更高。

ABSTRACT

The diffuse Extragalactic Background Light (EBL) contains unique information about the epochs of formation and the history of evolution of galaxies. Unfortunately, direct measurements are subject to large systematic uncertainties due to the difficulties in the accurate model-based subtraction of the bright foregrounds. An alternative approach is based on the detection and identification of EBL absorption features in high-energy spectra of objects of known redshift. Here we exploit this method on the blazars H 2356-309 (z=0.165) and 1ES 1101-232 (z=0.186), newly discovered at TeV energies by the H.E.S.S. Collaboration. They are the most distant sources with measured spectra known so far at these energies. Their hard spectra provide the most stringent upper limit to date on the EBL in the Opt--NIR band, which appears significantly lower than expected from the current "direct" estimates and very close to the absolute lower limit represented by the integrated light of resolved galaxies. In addition to important cosmological implications, this result shows that the intergalactic space is more transparent to gamma-rays than previously thought, expanding the horizon of the TeV Universe.

研究动机与目标

• 通过避免直接前景减去，减少 EBL 测量中的系统不确定性。
• 检验假设：高能伽马射线谱中的 EBL 吸收特征可比直接测量更可靠地约束 EBL。
• 利用目前可获得的最遥远 TeV 源，确定光学至近红外波段的 EBL 水平。
• 评估 EBL 密度低于预期的宇宙学意义。
• 通过约束星际透明度，扩展可观测的 TeV 宇宙范围。

提出的方法

• 利用 H.E.S.S. 在 TeV 能段探测到的两个红移已知（z=0.165 和 z=0.186）的耀变体的高能伽马射线谱。
• 通过电子对产生过程分析谱线特征，以寻找 EBL 吸收的证据。
• 采用模型无关的方法，推导出光学至近红外波段 EBL 强度的上限。
• 将推导出的 EBL 上限与直接观测估计值以及已解析星系积分光的理论最小值进行比较。
• 利用观测到的谱硬化现象推断伽马射线衰减减少，意味着 EBL 密度较低。
• 利用源的高红移和硬谱特性，实现迄今为止最严格的 EBL 约束。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于遥远耀变体中伽马射线吸收，光学至近红外波段的河外背景光上限是多少？
• RQ2 推导出的 EBL 水平与当前直接测量值以及已解析星系的绝对下限相比如何？
• RQ3 观测到的伽马射线谱在多大程度上表明星际空间的透明度高于以往估计？
• RQ4 EBL 密度低于预期的宇宙学意义是什么？
• RQ5 高红移、硬谱的 TeV 耀变体能否提供一种比直接 EBL 测量更可靠的替代方法？

主要发现

• 光学至近红外波段的 EBL 被约束在显著低于以往直接估计值的水平。
• 推导出的上限非常接近由已解析星系积分光定义的绝对下限。
• 结果表明，星际空间对 TeV 伽马射线的透明度高于以往认为的水平。
• 本研究利用遥远耀变体源的谱吸收特征，建立了迄今为止最紧致的 EBL 上限。
• 这两个耀变体 H 2356-309 和 1ES 1101-232 是目前红移最高、且具有 TeV 能段测量谱的最遥远源，使得该约束成为可能。
• 研究结果通过降低 EBL 吸收的不确定性，扩展了可观测的 TeV 宇宙范围。