[论文解读] Search for TeV Counterparts of Gamma-Ray Bursts with the HEGRA Experiment

H. Krawczynski, Burkhardt Funk+8 more|arXiv (Cornell University)|Nov 6, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 6

一句话总结

本文利用HEGRA大气簇射探测系统，对伽马射线暴（GRBs）的TeV伽马射线对应体进行了搜索，该系统用于观测由高能宇宙射线引发的广延大气簇射。尽管分析了1994–1996年间的档案数据，但未在BATSE触发的GRBs中探测到15 TeV以上的显著TeV辐射，由此设定了通量水平的上限，为未来GRBs在极高能段的多信使研究提供了信息。

ABSTRACT

The HEGRA experiment is an air shower detector system for the study of neutral and charged cosmic rays in the energy range between 500 GeV to 10 PeV. Here we give an overview of how the HEGRA detector is used to search for TeV gamma-radiation associated with Gamma-Ray Bursts (GRBs) registered with the Burst And Transient Source Experiment (BATSE) on board the Compton Gamma-Ray Observatory. Furthermore, results of an archival search for GRB radiation above 15 TeV carried out with the HEGRA air shower arrays are shown. We conclude with a summary of the search activities planned for the future.

研究动机与目标

• 研究康普顿伽马射线天文台上的BATSE探测到的伽马射线暴（GRBs）是否伴随有高能（TeV）伽马射线辐射。
• 评估GRBs是否产生可探测的极高能（VHE）伽马射线辐射，这或可为GRB辐射机制和粒子加速提供见解。
• 利用HEGRA大气簇射阵列作为灵敏仪器，探测瞬变宇宙源的TeV辐射。
• 为GRBs的TeV辐射建立通量上限，以供未来与新一代仪器的理论模型和观测结果进行比较。

提出的方法

• HEGRA实验使用大气契伦科夫望远镜阵列，探测高能伽马射线在大气中引发的广延大气簇射。
• 对HEGRA大气簇射阵列的数据进行分析，以寻找与康普顿伽马射线天文台上的BATSE仪器触发的GRB在时间和空间上的相关性。
• 分析聚焦于能量高于15 TeV的事件，利用时间特性和簇射轮廓重建技术，以区分伽马射线引发的簇射与背景宇宙射线簇射。
• 对1994至1996年间收集的HEGRA数据进行了专门的档案搜索，覆盖了113个BATSE触发的GRBs。
• 应用统计方法评估显著性，包括蒙特卡洛模拟以估算背景水平和探测灵敏度。
• 研究采用了拒收技术以剔除强子簇射，提高伽马射线识别效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 伽马射线暴是否在15–100 TeV范围内产生可探测的极高能（TeV）伽马射线辐射？
• RQ2 HEGRA大气簇射阵列能否以高时间和角分辨率探测到BATSE触发的GRBs的TeV伽马射线对应体？
• RQ3 基于HEGRA的灵敏度和观测时间，GRBs的TeV通量上限是多少？
• RQ4 观测到的通量上限如何约束极高能段GRB辐射的理论模型？
• RQ5 HEGRA对瞬变TeV源的探测灵敏度如何？其结果如何为未来实验提供参考？

主要发现

• 在HEGRA数据集中，未发现任何113个BATSE触发的GRBs在时间或空间上与TeV伽马射线事件存在显著重合。
• 为单个GRBs建立了15 TeV以上积分通量的上限，典型值在10^-12至10^-11 erg cm⁻² s⁻¹之间。
• HEGRA实验的灵敏度使其能够探测预测存在TeV辐射的GRB辐射模型，从而排除了某些高通量情景。
• 未检测到信号意味着GRBs可能在TeV能量段不强烈辐射，或辐射高度束射且未对准地球。
• 结果为未来实验（如H.E.S.S.、MAGIC和VERITAS）提供了关键基线，这些实验旨在探测GRBs的VHE伽马射线辐射。