[論文レビュー] The sky distribution of 511 keV positron annihilation line emission as measured with INTEGRAL/SPI

G. Weidenspointner, J. Knödlseder+11 more|arXiv (Cornell University)|Feb 23, 2007

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、2年以上にわたるINTEGRAL/SPIデータを用いて、511 keV陽電子消失放射の最大面積の天の川スカイマップを提示している。これにより、銀河のディスクからの顕著な放射と、ハロー様構造の懸念材料の証拠が明らかになった。データは、511 keVライン放射が銀河の中心核に限定されていないことを示しており、従来の仮定をくつがえし、陽電子源または消失地点の分布がこれまで考えられていたよりも広範である可能性を示唆している。

ABSTRACT

The imaging spectrometer SPI on board ESA's INTEGRAL observatory provides us with an unprecedented view of positron annihilation in our Galaxy. The first sky maps in the 511 keV annihilation line and in the positronium continuum from SPI showed a puzzling concentration of annihilation radiation in the Galactic bulge region. By now, more than twice as many INTEGRAL observations are available, offering new clues to the origin of Galactic positrons. We present the current status of our analyses of this augmented data set. We now detect significant emission from outside the Galactic bulge region. The 511 keV line is clearly detected from the Galactic disk; in addition, there is a tantalizing hint at possible halo-like emission. The available data do not yet permit to discern whether the emission around the bulge region originates from a halo-like component or from a disk component that is very extended in latitude.

研究の動機と目的

• 延長されたINTEGRAL/SPI観測を用いて、511 keV陽電子消失ライン放射の広域的天球分布をマッピングすること。
• 観測された放射が銀河の中心核、ディスク成分、またはハロー様構造由来であるかどうかを特定すること。
• 露出不均一性が消失放射の空間的分布の解釈に与える影響を評価すること。
• 放射プロファイルが銀河内の既知の星間物質やガス分布と一致するかを検証すること。
• 観測された放射の形状を理論的モデルと比較することで、天の川の陽電子の起源を制限すること。

提案手法

• 2年を超える観測期間にわたって得られた、INTEGRAL/SPIのイメージング分光計による高スペクトル分解能データを活用した。
• 星の中心核、ディスク、ハロー分布を含む、さまざまな天体的テンプレートを用いて511 keVライン放射の空間的モデリングを実施した。
• 観測放射とモデル（例えば、2つのガウス型中心核モデル、Robinら（2003）の星のハローモデル）を比較するための統計的フィッティング手法を適用した。
• 露出不均一性を補正するために、天の川露出マップに基づいてデータに重み付けを施し、系統的バイアスを低減した。
• 511 keVラインおよびポジトロニウム連続スペクトルの形状とフラックス比を用いて、星間物質の状態を推定した。
• 反復的フィッティングを実施し、中心核の外側に広がるディスクおよびハロー成分の有意性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 511 keV陽電子消失放射は銀河の中心核に限定されているのか、それとも銀河ディスクからの顕著な放射が存在するのか？
• RQ2 消失放射の空間的分布はハロー様成分を示唆しているのか、それとも非常に広がったディスク成分によってより良く説明できるのか？
• RQ3 現在の露出不均一性が放射の形状解釈にどの程度バイアスを及えるのか？
• RQ4 標準的な天体的モデル（例えば、星の中心核、ハロー）が観測された511 keVライン分布をどの程度よく再現できるのか？
• RQ5 観測された放射プロファイルは、銀河中心付近の単純なくぼみまたはピークと区別できるのか？

主な発見

• 銀河ディスクからの顕著な511 keVライン放射が検出され、経度方向の全波幅半値（FWHM）は約70°であり、OSSEが測定した値よりも広がっている。
• 赤外線観測（例：Dwekら1995年、Freudenreich 1998年）で示される星の中心核とは、511 keV放射の分布がうまく一致しない。これは、511 keV放射が星の質量分布に従わないことを示唆している。
• Robin ら（2003年）の星のハローモデルは、データに対して競合的なフィットを示しているが、露出バイアスの影響により、銀河中心付近の高放射に起因している可能性がある。
• 現在のデータでは、中心核領域におけるハロー様成分と非常に広がったディスク成分の区別がまだつかない。
• 星のハローに起因するフラックスは、OSSE/SMM/TGRSによる以前の推定値と整合しており、ハロー領域からの新たなフラックスは顕著ではない。
• 露出不均一性に起因する系統的不確実性は、中心核およびディスク領域の露出が低い領域において、主な制限要因の一つである。