[论文解读] Evidence for TeV gamma-ray emission from the shell type SNR RXJ1713.7-3946

H. Muraishi, T. Tanimori+24 more|arXiv (Cornell University)|Jan 5, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用 23

一句话总结

本文通过CANGAROO大气契伦科夫望远镜以5.6σ的显著性检测到壳型超新星遗迹RX J1713.7-3946的TeV伽马射线辐射，证据显示该辐射位于西北边缘，与宇宙微波背景辐射光子被超高能相对论电子逆康普顿散射一致，暗示其磁场强度约为11 μG，支持超新星遗迹作为TeV粒子加速场所的角色。

ABSTRACT

We report the results of TeV gamma-ray observations of the shell type SNR RXJ1713.7-3946 (G347.3-0.5). The discovery of strong non-thermal X-ray emission from the northwest part of the remnant strongly suggests the existence of electrons with energies up to 100 TeV in the remnant, making the SNR a good candidate TeV gamma-ray source. We observed RXJ1713.7-3946 from May to August 1998 with the CANGAROO 3.8m atmospheric imaging Cerenkov telescope and obtained evidence for TeV gamma-ray emission from the NW rim of the remnant with the significance of 5.6 sigma. The observed TeV gamma-ray flux from the NW rim region was estimated to be (5.3 +/- 0.9[statistical] +/- 1.6[systematic]) * 10^{-12} photons cm^{-2} s^{-1} at energies >= 1.8 +/- 0.9 TeV. The data indicate that the emitting region is much broader than the point spread function of our telescope. The extent of the emission is consistent with that of hard X-rays observed by ASCA. This TeV gamma-ray emission can be attributed to the Inverse Compton scattering of the Cosmic Microwave Background Radiation by shock accelerated ultra-relativistic electrons. Under this assumption, a rather low magnetic field of 11 micro gauss is deduced for the remnant from our observation.

研究动机与目标

• 搜索壳型超新星遗迹RX J1713.7-3946的TeV伽马射线辐射，该天体是超高能相对论电子加速的候选区域。
• 检验TeV伽马射线是否源于激波加速电子对宇宙微波背景辐射光子的逆康普顿散射的假设。
• 利用伽马射线与X射线的光度约束估算残骸中的磁场强度。
• 将RX J1713.7-3946的物理条件与SN1006（唯一已知的TeV伽马射线发射超新星遗迹）进行比较。
• 研究为何TeV伽马射线辐射仅在少数超新星遗迹中被观测到，特别是那些环境密度低且磁场弱的天体。

提出的方法

• 观测使用3.8米CANGAROO大气成像契伦科夫望远镜，时间从1998年5月至8月。
• 数据分析聚焦于RX J1713.7-3946的西北边缘，此前已在此区域探测到强烈的非热X射线辐射。
• 在能量范围≥1.8 ± 0.9 TeV内测量伽马射线通量，统计与系统误差均已估算。
• 假设电子能谱为幂律谱，从观测到的TeV伽马射线通量推导出逆康普顿光度。
• 通过令同步辐射与逆康普顿光度在相同电子能量范围内相等，计算磁场强度。
• 分析使用ASCA X射线数据，假设幂律指数为-1.44，将0.5–10 keV波段的同步辐射光度外推至更高能量。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在壳型超新星遗迹RX J1713.7-3946的TeV伽马射线辐射证据？
• RQ2 观测到的TeV伽马射线辐射是否可由相对论电子对宇宙微波背景辐射光子的逆康普顿散射解释？
• RQ3 基于观测到的伽马射线与X射线光度，残骸中的磁场强度如何推断？
• RQ4 为何仅在少数超新星遗迹（如RX J1713.7-3946和SN1006）中探测到TeV伽马射线辐射？
• RQ5 RX J1713.7-3946的物理条件（特别是磁场与环境密度）与其他超新星遗迹相比如何？

主要发现

• 在RX J1713.7-3946的西北边缘检测到显著的TeV伽马射线信号，显著性达5.6σ。
• 观测到的TeV伽马射线通量为(5.3 ± 0.9[stat] ± 1.6[sys]) × 10⁻¹² 光子 cm⁻² s⁻¹，能量≥1.8 ± 0.9 TeV。
• 辐射区域的范围大于望远镜的点扩散函数，与ASCA观测到的硬X射线发射范围一致。
• 伽马射线辐射最合理的解释是能量高达约100 TeV的电子对宇宙微波背景辐射光子的逆康普顿散射。
• 推断出残骸中的磁场强度约为11 μG，表明其为低磁场环境。
• RX J1713.7-3946中低磁场与低周围物质密度可能解释其射电辐射微弱及π⁰衰变伽马射线发射微弱，与SN1006类似。