[论文解读] A New Population of Ultra-High-Energy Gamma-Ray Sources Detected by HAWC

A. U. Abeysekara, A. Albert+97 more|arXiv (Cornell University)|Sep 18, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 2

一句话总结

本文利用高海拔水契瑞隆（HAWC）观测站的数据，首次公布了能量高于56 TeV和100 TeV的超高能伽马射线源目录。该目录识别出九个银河系源，能量高于56 TeV，另有三个源的能量超过100 TeV，标志着迄今最高能伽马射线源目录的诞生，并暗示银河系中存在佩夫特龙（PeVatrons）。

ABSTRACT

We present the first catalog of gamma-ray sources emitting above 56 and 100 TeV with data from the High Altitude Water Cherenkov (HAWC) Observatory, a wide field-of-view observatory capable of detecting gamma rays up to a few hundred TeV. Nine sources are observed above 56 TeV, all of which are likely Galactic in origin. Three sources continue emitting past 100 TeV, making this the highest-energy gamma-ray source catalog to date. We report the integral flux of each of these objects. We also report spectra for three highest-energy sources and discuss the possibility that they are PeVatrons.

研究动机与目标

• 利用HAWC数据识别并表征能量高于56 TeV的超高能伽马射线源。
• 确定能量超过100 TeV的源的起源及其能谱特性。
• 探究某些源是否为佩夫特龙——即能够加速粒子至佩夫量级能量的宇宙加速器——的可能性。
• 为这些极端能量下的源提供首次积分通量测量和能谱分布。

提出的方法

• 利用高海拔水契瑞隆（HAWC）观测站，一种在高海拔运行的广角视场伽马射线探测器。
• 使用从观测站收集的数据，分析能量高于56 TeV和100 TeV的伽马射线事例。
• 应用统计方法，在甚高能波段识别超过背景阈值的源。
• 对三个最高能源进行能谱拟合，以推导能量依赖的通量并评估辐射模型。
• 将观测到的能谱与佩夫特龙驱动源的理论预期进行比较。
• 利用积分通量测量量化每个源在56 TeV和100 TeV以上的总辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在能量高于56 TeV的银河系源，其通量是多少？
• RQ2 哪些源的能量延伸至100 TeV以上，其能谱对源的起源有何启示？
• RQ3 最高能源的观测能谱能否由佩夫特龙加速机制解释？
• RQ4 这些源的积分通量与宇宙射线加速器的理论预测相比如何？
• RQ5 在银河系粒子加速的背景下，探测能量超过100 TeV的源具有何种意义？

主要发现

• 探测到九个能量高于56 TeV的伽马射线源，全部可能起源于银河系。
• 其中三个源的能量延伸至100 TeV以上，确立了迄今最高能伽马射线源目录。
• 对每个源在56 TeV以上的积分通量进行了测量，为它们的辐射强度提供了定量约束。
• 为三个最高能源推导出能谱，其能谱指数较硬，与可能的佩夫特龙活动一致。
• 观测到的通量和能谱表明，这些源可能由能够产生佩夫量级粒子的宇宙加速器驱动。
• 结果支持部分银河系源为佩夫特龙的假设，但需进一步的多波段和多信使研究以确认。