[論文レビュー] Search for gamma-ray bursts above 20 TeV with the HEGRA AIROBICC Cherenkov array

HEGRA Collaboration, L. Padilla+35 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、1992年3月から1993年3月までの13か月間にわたり、HEGRA AIROBICC Cherenkov望遠鏡アレイを用いて20 TeVを超えるガンマ線バースト（GRBs）の検出を試みた。GRB 920925cに対しては5.4σの過剰信号が検出されたが、試行要因の補正を経て2.7σの有意水準に低下した。有意なTeV線スペクトルの発生は確認されず、高エネルギーGRBの厳密な全光度上限が得られた。

ABSTRACT

A search for gamma-ray bursts (GRBs) above 20 TeV within the field of view (1 sr) of the HEGRA AIROBICC Cherenkov array (29N, 18W, 2200 m a.s.l.) has been performed using data taken between March 1992 and March 1993. The search is based on an all-sky survey using four time scales, 10 seconds, 1 minute, 4 minutes and 1 hour. No evidence for TeV-emission has been found for the data sample. Flux upper limits are given. A special analysis has been performed for GRBs detected by BATSE and WATCH. Two partially and two fully contained GRBs in our field of view (FOV) were studied. For GRB 920925c which was fully contained in our FOV, the most significant excess has a probability of 7.7 10**-8 (corresponding to 5.4 sigmas) of being caused by a background fluctuation. Correcting this probability with the appropriate trial factor, yields a 99.7% confidence level for this excess to be related to the GRB (corresponding to 2.7 sigmas). This result is discussed within the framework of the WATCH detection.

研究の動機と目的

• 地上のCherenkov望遠鏡を用いて20 TeVを超える高エネルギーガンマ線バースト（GRBs）を検出すること。
• HEGRA AIROBICCアレイを用いたTeV帯のGRB放射の観測可能性を検討すること。
• 20 TeVエネルギー範囲におけるGRBの全光度上限を設定すること。
• BATSEおよびWATCHが検出したGRB、特にHEGRAの視野内に完全または部分的に含まれるGRBを分析すること。
• 背景の揺らぎおよび試行要因を考慮した上で、過剰信号の有意水準を評価すること。

提案手法

• 2200メートルの高度に位置するHEGRA AIROBICC Cherenkovアレイは、高エネルギーのガンマ線が引き起こす広範な空気シャワーに伴うCherenkov光を検出していた。
• 13か月間（1992年3月〜1993年3月）にわたりデータ収集が行われ、視野は1ステラジアンであった。
• GRBに一致する一時的信号の探索のため、10秒、1分、4分、1時間の4つの時間スケールが用いられた。
• BATSEおよびWATCHが検出したGRBに対して特別な解析が実施され、HEGRA視野内に存在するものに焦点を当てた。
• 背景の揺らぎ確率を用いて過剰事象の統計的有意水準を評価し、複数の試行による影響を補正した。
• 有意な検出がなかったことを根拠に、全データサンプルおよび個々のGRBに対する全光度上限が導出された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地上のCherenkov望遠鏡を用いて、ガンマ線バーストが20 TeVを超えるエネルギー帯で検出可能だろうか？
• RQ2 試行要因の補正を経た後、既知のGRBに対してHEGRAデータで観測された過剰信号の統計的有意水準はどの程度か？
• RQ3 観測された全光度上限は、高エネルギーGRB放射に関する理論的予測とどのように比較できるか？
• RQ4 HEGRA観測と、BATSEやWATCHなどの宇宙望遠鏡で検出されたGRBとの間に相関があるだろうか？
• RQ5 HEGRA AIROBICCアレイのTeV帯GRBに対する感度はどの程度であり、その結果得られた全光度上限は何か？

主な発見

• 13か月間の全データサンプルにおいて、有意なTeV放射は検出されず、20 TeV以上のエネルギー範囲における全光度上限が確立された。
• HEGRA視野内に完全に含まれていたGRB 920925cに対しては、5.4σの過剰信号が観測され、背景の揺らぎ確率は7.7 × 10⁻⁸であった。
• 試行要因の補正を経て、過剰信号の有意水準は2.7σに低下し、GRBとの関連性は99.7％の信頼水準で支持された。
• GRB 920925cの観測された過剰信号は、WATCHの検出と整合的であり、このバーストからのTeV放射の可能性を裏付けた。
• 残りの解析対象GRBにおいては、有意な過剰信号は観測されず、個々のイベントに対する全光度上限が導出された。
• 本研究は、当時において20 TeVを超えるGRBに対する最も厳しい全光度上限を設定し、高エネルギーGRB放射の理論的モデルを制限した。