[論文レビュー] X- and gamma-ray studies of HESS J1731-347 coincident with a newly discovered SNR

F. Acero, G. Pühlhofer+5 more|arXiv (Cornell University)|Jul 3, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 11

ひとこと要約

本研究は、新しく発見された殻状超新星残骸 G353.6-0.7 と関連する VHEガンマ線源 HESS J1731-347 を、多波長で裏付けた。X線観測では、非熱的でシンクロトロン放射する殻状構造と、黒体スペクトルを示す中心部のコンactな天体が検出された。ガンマ線の半径方向プロファイルは、殻状構造を示唆しており、HESS J1731-347 は遠方の空間分解可能な VHE 殻状 SNR である可能性があるが、確認にはさらなるデータが必要である。

ABSTRACT

In the survey of the Galactic plane conducted with H.E.S.S., many VHE gamma-ray sources were discovered for which no clear counterpart at other wavelengths could be identified. HESS J1731-347 initially belonged to this source class. Recently however, the new shell-type supernova remnant (SNR) G353.6-0.7 was discovered in radio data, positionally coinciding with the VHE source. We will present new X-ray observations that cover a fraction of the VHE source, revealing nonthermal emission that most likely can be interpreted as synchrotron emission from high-energy electrons. This, along with a larger H.E.S.S. data set which comprises more than twice the observation time used in the discovery paper, allows us to test whether the VHE source may indeed be attributed to shell-type emission from that new SNR. If true, this would make HESS J1731-347 a new object in the small but growing class of non-thermal shell-type supernova remnants with VHE emission.

研究の動機と目的

• HESS J1731-347 が、以前に特定されていなかった VHE ガンマ線源であるが、新しく発見された殻状超新星残骸 G353.6-0.7 と関連しているかどうかを特定すること。
• 特にそのスペクトル的性質と形態を評価し、高エネルギー電子によるシンクロトロン放射であるかどうかを検討すること。
• 改良された H.E.S.S. データを用いて HESS J1731-347 のガンマ線形態を評価し、電波の殻状構造と比較することで、殻状放射の可能性を検証すること。
• X線吸収および CO ライン観測を用いて、前方に存在する分子雲による吸収に基づき、SNR の距離の下限を制約すること。

提案手法

• XMM-Newton、Chandra、Suzaku のX線観測を用いて、HESS J1731-347 の領域における拡散的および点状のX線放射をマッピングした。
• X線データのスペクトルフィッティングに、吸収されたパワー・ローおよび黒体モデルを適用し、放射成分を特徴づけ、電子エネルギー分布を推定した。
• ATCA 南銀河平面調査の電波等高線をX線画像に重ね合わせ、形態的特徴を比較し、殻状構造を特定した。
• CfA調査の12 CO ラインデータを用いて、分子密度を推定し、X線から得られた吸収値と照合した。
• VHEガンマ線過剰と電波放射の半径方向プロファイルを、球状および殻状放射幾何学的モデルでモデル化し、形態的一致性を検証した。
• 銀河の円形回転モデルを CO 放射のLSRドップラー速度に適用し、SNR の距離の下限を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HESS J1731-347 の領域における非熱的X線放射は、殻状超新星残骸からのシンクロトロン放射と整合的か？
• RQ2 HESS J1731-347 のガンマ線形態は、電波放射するSNR G353.6-0.7 と一致する殻状構造を支持するか？
• RQ3 観測されたX線吸収勾配は、密度の高い分子雲中に拡張するSNRによって説明可能か？
• RQ4 X線吸収およびCO観測に基づいて、SNR の距離の下限は何か？
• RQ5 中心部のコンパクトX線源は、SNR の中性子星残骸（CCO）と整合的か？

主な発見

• X線観測により、非熱的で拡散的な放射が検出され、パワー・ロー指数 Γ ≈ 2.1–2.5 および変動する吸収列密度（NH = 1.0–1.7 × 10²² cm⁻²）が示され、高エネルギー電子からのシンクロトロン放射を示唆している。
• X線放射は、電波SNR G353.6-0.7 と空間的に一致するアーチ状・殻状の特徴を示しており、殻状構造と整合的である。
• SNR中心部に位置する中心部のコンパクトX線源は、黒体スペクトルで最もよくフィットされ、kBT ≈ 0.5 keV であり、中性子星残骸（CCO）と整合的である。
• ガンマ線の半径方向プロファイルは、殻モデル（χ²/dof = 5.7/4）が球モデル（χ²/dof = 11.6/5）よりもわずかに優れているが、明確な支持は得られていない。最適適合半径は 0.25° ± 0.02°、厚さは 0.05° ± 0.03° である。
• LSR速度 -17 km/s および -81 km/s のCO観測は、X線から得られたNH値と一致しており、前方に分子雲が存在することを支持し、距離の下限が 3.5 kpc であると示唆している。
• 残骸の半径は ≥15 pc と推定され、典型的な爆発エネルギー 10⁵¹ erg を想定すると、SNRの年齢は >4800 年であると推定され、古くはあるがまだ活動的な残骸であると考えられる。