[论文解读] Detection of Gamma-Rays above 1.5 TeV from Mkn 501

S. M. Bradbury, T. Deckers+2 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 1996

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

该论文报告了利用HEGRA契伦科夫望远镜阵列首次探测到来自耀变体Mkn 501的能量高于1.5 TeV的TeV伽马射线。以5.2σ的显著性水平和高于1.5 TeV的积分通量2.3 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹，结果证实Mkn 501是明亮的TeV源，其能谱指数为2.6 ± 0.5，与蟹状星云相当，但通量低2.2至3.6倍。

ABSTRACT

A detection of TeV $γ$-rays from Mkn 501 is reported, based on observations made between March and August 1996 with the first HEGRA Cherenkov telescope (CT1). From the image analysis, 351 excess candidate $γ$-ray events are obtained from the 147 h dataset. The statistical significance of the excess is 5.2 $σ$. The average excess rate is $2.4 \pm 0.5$ h$^{-1}$ above the $\approx$ 1.5 TeV threshold of CT1. Under the assumption that the spectrum of Mkn 501 follows a power law we find a differential spectral index of 2.6$\pm0.5$ and obtain a time-averaged integral flux above 1.5 TeV of $2.3 (\pm0.4)_{Stat} (+1.5-0.6)_{Syst} imes 10^{-12}$ cm$^{-2}$s$^{-1}$. Comparison with our near contemporary observations of the Crab Nebula, used as a standard candle to test CT1 after upgrading to a 127 pixel camera, indicates that Mkn 501 has a spectrum similar to that of the Crab Nebula above 1.5 TeV. The integral flux above 1.5 TeV from Mkn 501 is found to have been between 2.2 and 3.6 times smaller than that from the Crab Nebula. HEGRA is the second experiment to have detected Mkn 501 in the TeV range.

研究动机与目标

• 探测Mkn 501在1.5 TeV以上的超高能伽马射线辐射。
• 测量Mkn 501在TeV能量范围内的能谱特性与通量。
• 将Mkn 501的TeV辐射与作为标准天体物理标准器的蟹状星云进行比较。
• 验证升级后的HEGRA CT1望远镜在相机更换后的性能表现。

提出的方法

• 观测使用1996年3月至8月期间的首个HEGRA契伦科夫望远镜（CT1）进行。
• 通过分析空气簇射产生的契伦科夫光图案来识别伽马射线事例。
• 分析了147小时的数据集，以提取高于1.5 TeV阈值的多余事例。
• 采用标准方法计算多余事例的统计显著性，得出5.2σ的结果。
• 在假设伽马射线能谱为幂律模型的前提下，推导出能谱指数和积分通量。
• 使用蟹状星云作为参考源，校准仪器响应并比较通量水平。

实验结果

研究问题

• RQ1 Mkn 501是否可作为1.5 TeV以上TeV伽马射线源被探测到？
• RQ2 Mkn 501在TeV波段的能谱形状与通量水平如何？
• RQ3 Mkn 501的TeV通量与蟹状星云相比如何？
• RQ4 观测到的高于背景的伽马射线多余事例的统计显著性是多少？
• RQ5 HEGRA CT1望远镜系统在127像素相机升级后是否表现稳定可靠？

主要发现

• 在1.5 TeV阈值以上共探测到351个多余伽马射线候选事例，统计显著性为5.2σ。
• 1.5 TeV以上平均多余伽马射线事件率为2.4 ± 0.5 h⁻¹。
• Mkn 501的微分能谱指数确定为2.6 ± 0.5（幂律谱模型）。
• 1.5 TeV以上的时间平均积分通量为2.3 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹，统计不确定性17%，系统不确定性30%。
• 在相同能量范围内，Mkn 501的通量比蟹状星云低2.2至3.6倍。
• Mkn 501的能谱形状与蟹状星云在1.5 TeV以上一致，表明其在高能区具有相似的辐射机制。