[論文レビュー] VHE Observation of CTA 1 with VERITAS

Steven McArthur|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 5

ひとこと要約

VERITASは、1テルアートル以上のエネルギーで4%のクレーブスネビュラーフラックスに相当する、拡張した非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を、複合型超新星残光CTA 1で6σの事後試行補正ありの有意水準で検出。放射は、電波非放射性パルサーPSR J0007+7303およびそのX線パルサー風ネビュラ（PWN）と空間的に一致しており、PWN起源であることに合致。

ABSTRACT

CTA 1 (G119.5+10.2) is a composite supernova remnant (SNR) with a shell-type structure in the radio band and a center filled morphology at X-ray energies. Fermi has detected a radio-quiet pulsar PSR J0007+7303 within the radio shell of CTA 1 in a blind search within its first months of operation. Located within an X-ray synchrotron pulsar wind nebula (PWN), the Fermi source is spatially coincident with the EGRET source 3EG J0010+7309. We present the the detection of the system in very-high-energy (VHE) gamma rays by VERITAS, with a preliminary comparison to other TeV-detected PWNe.

研究の動機と目的

• 複合型超新星残光CTA 1からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の検出。CTA 1は、フェルミが発見した電波非放射性パルサーを有する既知のX線パルサー風ネビュラ（PWN）である。
• CTA 1のPWNが高パルサー回転減速パワーと好都合なスペクトル的性質を有するため、VHEガンマ線を放射するという予測を検証すること。
• VHE放射がパルサーPSR J0007+7303およびそのX線PWNと空間的に関連しているかどうかを特定し、TeV放射のPWN起源を支持すること。
• CTA 1のTeV放射の全放射度を他の既知のTeV/X線PWN源と比較し、PWN源全体の集団における位置を評価すること。

提案手法

• VERITASは、拡張したPWNを考慮して0.7°ずらしたwobbleモードで、12メートルの像式大気チェレンコフ望遠鏡アレイを用い、CTA 1を約26時間観測した。
• 弱くスペクトルが硬い源に最適化された、事前設定されたガンマ線/ヘリウム線シャワー分離カットを2セット用いてデータを解析した。
• 背景は、0.01度²（点源）および0.055度²（拡張源）の二乗角距離統合半径を用いたリング背景モデルで推定した。
• 過剰検出の統計的有意水準は、Li & Ma式（17）を用い、0.04度²のビンごとにトレール要因による事後試行補正を施した。
• VERITASのポイント spread関数（PSF）は、クレーブスネビュラを用いて測定され、源の広がりを評価するために用いられた。
• 積分フラックス（1 TeV以上）の推定のためスペクトル解析を実施した。最終結果は近い将来の論文に掲載予定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CTA 1に、PSR J0007+7303に関連するパルサー風ネビュラ（PWN）からの検出可能なVHEガンマ線放射は存在するか？
• RQ2 VHE放射の空間的形状は、パルサーおよびそのX線PWNの位置と一致するか？
• RQ3 1 TeV以上の積分フラックスはどの程度で、クレーブスネビュラと比べてどうなるか？
• RQ4 CTA 1のTeV放射度は、回転減速パワーおよび特徴的年齢の観点から、他の既知のTeV/X線PWN源と比べてどうなるか？
• RQ5 観測されたVHE放射は、古くなったもしくは関係のない放射領域ではなく、若くエネルギーの高いPWNとしての同定を支持するか？

主な発見

• VERITASは、約26時間の観測で、CTA 1からのVHEガンマ線放射を6.0σの事後試行補正ありの有意水準で検出。
• VHE過剰放射は空間的に拡張しており、PSR J0007+7303の位置を中心に集中しており、有意水準の等高線はX線PWNおよびパルサー位置と一致している。
• 1 TeV以上の予備的積分フラックスは、クレーブスネビュラーフラックスの4%と推定され、若年齢パルサー風ネビュラの期待値と整合的である。
• 源のTeV放射度とX線放射度の比から、CTA 1は既知のTeV/X線PWN集団の中間的立場に位置づけられ、PWNとしての同定を支持する。
• 源の位置およびスペクトル的性質はPWN起源と整合的であり、近くの源や背景揺らぎによるものではない。
• この検出は、PSR J0007+7303の高い回転減速パワーのため、CTA 1のパルサー風ネビュラがVHEエネルギー帯で検出可能であるという理論的予測を裏付けた。