[論文レビュー] VERITAS results from a three-year observing campaign on the BL Lac object 1ES 0229+200

M. Cerruti|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、VERITASが3年間にわたり遠方のBL Lac対象1ES 0229+200を観測したVHEガンマ線観測結果を提示し、その硬いスペクトル（Γ = 2.59 ± 0.12）を確認するとともに、顕著なスペクトル変動は検出されなかった。データは、高いドーナール因子（δ ≥ 56）を要するシンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルを支持しており、源の放射が低次の銀河間背景光および弱い銀河間磁場と整合していることを示唆している。

ABSTRACT

The BL Lac object 1ES 0229+200 is a firmly established very-high-energy (VHE; E >100 GeV) source. Located at a redshift of 0.1396, its published VHE spectrum is particularly hard (Gamma ~2.5) and is widely used to perform studies on the extragalactic background light (EBL) and the intergalactic magnetic field (IGMF). We present here the results of a long-term observing campaign on 1ES 0229+200 with VERITAS, lasting from 2009 to 2012, supported by multi-wavelength observations. We discuss the VERITAS results with a particular emphasis on the implications for the synchrotron-self-Compton modeling of the source emission and for the theoretical studies (especially on the intergalactic magnetic field) based on its VHE spectrum.

研究の動機と目的

• VERITASを用いて、2009年から2012年までの3年間にわたり、遠方のBL Lac対象1ES 0229+200の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線スペクトルを特徴づけること。
• VHEスペクトルの結果が、銀河間背景光（EBL）および銀河間磁場（IGMF）モデルに与える影響を調査すること。
• Swift、RXTE、Fermi-LATの多波長データを用いて、スペクトルエネルギー分布（SED）の詳細なモデリングを行うこと。
• ドーナール因子、電子エネルギー分布、等分配条件を含む、放射領域の物理的パラメータを特定すること。
• VHE帯域における変動の有無と性質を評価し、源の放射メカニズムおよび伝搬効果に与える含意を検討すること。

提案手法

• VERITASは、バックグラウンド除去を可能にするウッブルポイント法を用いて、2009年から2012年までに合計54.3時間の観測を実施した。
• VHEガンマ線スペクトルはパワー則モデルでフィットされ、光子指数は2.59 ± 0.12、300 GeV以上の積分フラックスは(23.3 ± 2.8) × 10⁻⁹ 光子 m⁻² s⁻¹であった。
• Swift（XRT、UVOT）、RXTE、Fermi-LATの多波長データを統合し、光学からGeVエネルギーにまで及ぶ広帯域SEDを構築した。
• シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルは[18]のコードを用いて適用され、電子分布は単一パワー則としてモデル化され、SEDフィットによって制約された。
• SEDフィットからドーナール因子、磁場強度、電子エネルギー密度が導出され、パラメータ空間全域で等分配因子uₑ/u_Bが評価された。
• 系統的誤差は、正規化の20%および光子指数の10%を考慮し、さらにスペクトル変動解析からの追加制約を含めた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3年間のベースラインにおいて、1ES 0229+200の長期的VHEガンマ線フラックスおよびスペクトル形状は何か？
• RQ2 1ES 0229+200のVHEスペクトルは、銀河間背景光（EBL）および銀河間磁場（IGMF）モデルにどのように制約を加えるか？
• RQ3 シンクロトロン自己コンプトン（SSC）フレームワーク内での観測SEDに適合させるために必要な物理的パラメータ（例：ドーナール因子、磁場、電子エネルギー分布）は何か？
• RQ4 VHE帯域にスペクトル的またはフラックス的変動の兆候は認められるか？ これは放射メカニズムおよび源の幾何学的性質にどのような含意をもたらすか？
• RQ5 1ES 0229+200から得られたパラメータは、高エネルギーピークを持つBL Lacs（HBL）の標準的なSSCモデリング仮定と比較してどう異なるか？

主な発見

• VERITASは54.3時間の観測期間中に11.7σの有意性で1ES 0229+200を検出しており、VHE源として明確に確立されたことを確認した。
• VHEスペクトルはパワー則でよく記述されており、光子指数は2.59 ± 0.12（統計誤差）であり、以前のH.E.S.S.測定と整合的で、硬いスペクトルを示している。
• 顕著なスペクトル変動は観測されず、3年間にわたりフラックスが一貫している。一定のフラックスモデルの確率は1.6%（自由度2のχ² = 8.3）であった。
• SEDモデリングでは、ドーナール因子δ ≥ 56が要求され、これはHBL SSCモデルの典型的な値よりも顕著に高く、類似データを用いた以前の研究と整合的である。
• 最小電子ローレンツ因子γ_minは2.5 × 10⁴ – 4.5 × 10⁴に制限されており、これは通常は高く、他の硬スペクトルHBLでも同様の結果と一致する。
• 等分配因子uₑ/u_Bは2 × 10⁴から10⁵の範囲にあり、放射領域が等分配から著しくずれており、粒子エネルギー密度が磁場エネルギー密度を上回っていることを示している。