[論文レビュー] VERITAS Observations of LS I +61 303 in the Fermi Era

J. Holder|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2009

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、1つの公転周期にわたる高質量X線連星LS I +61 ∘ 303における、最初の同時TeV（VERITAS）およびGeV（Fermi-LAT）観測を報告する。TeVおよびGeVの放射状態の間に相関は認められず、GeV放射は近日点（φ ≈ 0.275）でピークに達するが、同じ位相範囲ではTeV放射は検出されない。これは、この系における高エネルギー放射メカニズムの既存モデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

The high-mass X-ray binary system LS I +61 303 is well known as a rare example of a variable Galactic GeV and TeV gamma-ray emitter. Despite years of study, many aspects of the system remain unclear; the nature of the compact object, the particle acceleration mechanisms and the gamma-ray emission and absorption processes can all be modelled in a variety of different scenarios. Here we report on a deep exposure of LS I +61 303 made with the VERITAS array during the 2008-2009 observing season. These are the first TeV observations made with contemporaneous coverage at lower energies by the LAT onboard Fermi, and as such provide a new set of constraints for system models.

研究の動機と目的

• 1つの公転周期にわたるLS I +61 ∘ 303のGeVおよびTeVエネルギー帯域における同時多波長行動を調査すること。
• 同時観測されたFermi-LATおよびVERITASデータを比較することで、公転位相依存放射モデルの整合性を検証すること。
• GeV帯およびTeV帯間の放射率の相関または逆相関を特定することで、粒子加速およびガンマ線放射の理論的モデルを制約すること。
• 光子-光子吸収およびエネルギー依存損失が、公転位相に応じて観測されたスペクトル変動にどのように異なる影響を及えるかを評価すること。

提案手法

• VERITASは2008年10月〜11月にかけて、28.6時間にわたる深さのある高高度観測を実施し、公転位相φ = 0.03–0.75をカバーした。
• 2009年1月〜2月に第二の観測キャンペーンを実施し、Suzaku X線観測と一致させるために、φ = 0.64–0.91をカバーした。
• 標準的なVERITASツールを用いてデータを解析し、ウッブルモードを用いた背景推定と、リング背景法による源領域の背景差し引きを実施した。
• エネルギー閾値は、平均観測高度57°に基づき440 GeVに設定され、スペクトル解析では指数分布の指数α = -2.5を仮定した。
• 統計的有意性は2つの独立した解析チェーンを用いて計算され、結果の妥当性を検証した。放射率の上限は95%信頼水準で算出された。
• 同時観測されたFermi-LAT光曲線データを用いて、GeV放射の変調とTeV観測を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LS I +61 ∘ 303の公転周期にわたるTeVおよびGeVの放射状態の間に相関があるか？
• RQ2 以前の観測で見られたように、TeV放射は遠日点でピークに達するのか、それともGeV放射と逆相関しているのか？
• RQ3 光子-光子吸収およびエネルギー依存損失は、公転位相に応じてTeVおよびGeVの放射にどのように異なる影響を及えるか？
• RQ4 ハドロニックまたはレプトニック放射の既存モデルは、GeVおよびTeV放射の相関欠如を再現できるか？

主な発見

• VERITASは36.8時間の合成露出時間において3.4σの過剰を検出しており、500 GeV以上の平均積分放射率は(6.2 ± 2.6) × 10⁻¹³ ph cm⁻² s⁻¹であった。
• 強力な同時GeV放射が観測されたにもかかわらず、公転位相範囲φ = 0.0–0.65では顕著なTeV放射は検出されなかった。
• 近日点（φ ≈ 0.275）でGeV放射が最も強い時期にTeV放射が検出されないことは、GeVおよびTeV放射状態の強い逆相関を示している。
• 遠日点付近（φ = 0.72–0.82）のデータギャップにより、この位相でTeV放射がピークに達している可能性を完全に除外できないが、全体的な傾向として相関は認められない。
• 観測されたGeVおよびTeV放射の逆相関は、LS I +61 ∘ 303における粒子加速およびガンマ線放射の理論的モデルに重要な制約をもたらす。
• これらの結果は、エネルギー帯域全体にわたる単一の放射メカニズムを仮定するモデルを挑戦し、エネルギー依存吸収や粒子加速効率の変化を伴う状況を支持する。