[論文レビュー] Search for TeV Emission from Geminga by VERITAS

G. Finnegan|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 11被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、VERITAS像気中チェレンコフ望遠鏡アレイを用いて、ゲミンガパulsarからのテバール・ガンマ線放射の探索が行われた。10.4時間の観測にもかかわらず、有意な放射は検出されなかった。300 GeV以上の定常的放射に対する99%信頼水準の上限は <2×10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹ であり、周期的放射に対する上限は 0.8–1.0×10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹ であった。

ABSTRACT

The Geminga gamma ray source was first detected by the SAS-2 gamma-ray satellite observatory and the COS-B x-ray satellite observatory, and has been identified as a radio-quiet pulsar associated with a 300,000 year old supernova remnant. Geminga is one of the brightest GeV sources as seen by the Large Area Telescope on board the Fermi gamma-ray satellite observatory. A ground based detection was accomplished by the Milagro extensive air shower array at energies greater than 20 TeV. During 2007 VERITAS performed observations to search for TeV gamma ray emission from the Geminga pulsar and the region near Geminga. In this paper, we describe these measurements and the new analysis of these observations.

研究の動機と目的

• VERITASアレイを用いて、ゲミンガパルサーからのテバール・ガンマ線放射の探索を行う。
• GeV（Fermi-LAT）と20 TeV（Milagro）の間のゲミンガスペクトルにおけるエネルギーギャップを解消する。
• 過去のMilagro観測で示唆されたように、VERITASが脈動的または拡張的テバール放射を検出できるかどうかを検証する。
• 粒子加速メカニズム、特に宇宙線過剰の寄与可能性を含めたゲミンガ系の理解を深める。
• 高分解能のテバール測定を通じて、Fermi-LATとMilagro観測の間のスペクトルエネルギー分布を橋渡しする。

提案手法

• VERITASは2007年11月から12月にかけて、0.5°のオフセットをとったウッフルモードで15時間のデータを収集したが、品質カット後に10.4時間が選別された。
• ポイント源解析では、リフレクテッド・リージョンバックグラウンド法とリングバックグラウンド法を用いてバックグラウンドレベルを推定した。
• 信号対バックグラウンドの有意性は、Li & Maの尤度比法を用いて計算された。
• イベント到着時刻には、XMM-Newton、ASCA、EGRETデータからの既知のゲミンガエフェメリスに合わせて、バリセントリック補正が施された。
• 周期性解析では、イベントの位相分布を既知のパルサー位相と比較し、変調された放射の有無を調査した。
• 拡張源解析は進行中であったが、本研究では完了しなかった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 VERITASは300 GeV以上のエネルギーで、ゲミンガパルサーからの定常的テバール・ガンマ線放射を検出可能か？
• RQ2 ゲミンガの237 msのパルサー周期と整合する位相変調が、テバール放射に現れるか？
• RQ3 Milagroが報告した5–10パーセクにわたる拡張テバール放射を、VERITASは解像できるか？
• RQ4 100 GeVから30 TeVの範囲におけるゲミンガのスペクトルエネルギー分布は何か？また、Fermi-LATとMilagro観測をどのように接続するか？
• RQ5 VERITASは、逆コンプトン散乱やパイオン崩壊といった、粒子加速メカニズムを区別できるか？

主な発見

• VERITASデータのポイント源解析において、ガンマ線の有意な過剰は認められず、ONおよびOFFのイベント分布はバックグラウンドと整合的であった。
• 300 GeV以上の定常的テバール放射に対する99%信頼水準の上限は <2×10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹ であった。
• 周期性解析では、VERITASのイベント到着時刻と既知のパルサー位相との間に相関は認められず、変調された放射に対する99%信頼水準の上限は 0.8–1.0×10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹ であった。
• 2次元の有意性マップと1次元の有意性ヒストограмは、ゼロを中心とするガウス分布に従っており、期待されるバックグラウンドゆらぎと整合的であった。
• 本データセットでは、Fermi-LAT（GeV）とMilagro（20 TeV）の間の観測されたエネルギーギャップは、VERITASによって埋められなかった。
• 拡張源解析は継続中であり、Milagroが報告した2.6° ± 0.7°の拡張性を検証することを目的としていた。