[论文解读] HEGRA Contributions to the 28th International Cosmic Ray Conference

HEGRA Collaboration, in particular+11 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2003

Photocathodes and Microchannel Plates被引用 3

一句话总结

本论文报告了利用HEGRA成像大气契伦科夫望远镜系统首次探测到巨幅射电星系M87在TeV能段的伽马射线辐射，显著性达4.1σ。观测能量阈值为730 GeV，总观测时间为83.4小时，测得积分通量为蟹状星云通量的3.3%，这是首次从非BL Lac型活动星系核探测到VHE伽马射线，表明喷流方向偏离视线时仍存在粒子加速现象。

ABSTRACT

This preprint encompasses thirteen individual contributions of the HEGRA collaboration to the 28th International Cosmic Ray conference in Tsukuba, Japan. The papers report on results on M87, M31, H1426+428, Mkn421, 1ES1959+650, Scan of the TeV sky, Performance of the system, GeV sources, 54 AGN, and SN1006

研究动机与目标

• 探究巨幅射电星系（如M87）是否发射甚高能（VHE）伽马射线，以挑战仅BL Lac型天体具有此类辐射的传统假设。
• 检验成像大气契伦科夫技术在大天顶角下对非BL-Lac型AGN的VHE伽马射线探测灵敏度。
• 利用立体IACT系统测定M87潜在VHE辐射的能谱与空间特性。
• 评估在能量阈值升高及背景干扰增强的条件下，大天顶角下探测VHE源的可行性。

提出的方法

• 利用HEGRA五台成像大气契伦科夫望远镜（IACT）组成的立体系统，采用指向摆动模式观测，以实现背景率的同步估计。
• 采用环形OFF区域方法，以降低背景率估计中的统计不确定性，确保ON区与OFF区接受度一致。
• 采用算法#3进行事件重建，以确定簇射方向，并应用“紧致形状截断”（mscw < 1.1）以增强伽马射线与强子的分离能力。
• 基于文献[16]中的公式(17)计算显著性，量化背景之上的过量信号，并通过方位角分布分析定位辐射源。
• 在假设谱型与蟹状星云相似的前提下进行能谱分析，以获得绝对单位的通量，能量阈值设定为730 GeV。
• 通过质心（CoG）确定法约束源位置，统计误差与系统误差受限于25''的指向不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 HEGRA IACT系统能否探测到M87——这一非BL-Lac型巨幅射电星系——的VHE伽马射线辐射？
• RQ2 观测到的过量是否与点源一致，还是可能指示M87核心或喷流区域的扩展辐射？
• RQ3 在730 GeV以上能量段，M87探测到的VHE伽马射线通量与能谱特性为何？
• RQ4 IACT系统在大天顶角（72°）下的性能如何影响对SN 1006等扩展源的高能伽马射线探测？

主要发现

• 在730 GeV以上能量段，M87探测到4.1σ的光子过量，证实首次从非BL-Lac型AGN探测到VHE伽马射线辐射。
• M87的积分通量测定为（3.3 ± 0.8）%的蟹状星云通量，对应于E > 730 GeV能量段的（0.96 ± 0.23）× 10⁻¹² ph cm⁻² s⁻¹。
• 过量信号的质心位置为α_J2000.0 = 12h30m54.4s ± 6.9s（统计）± 1.7s（系统），δ_J2000.0 = 12°24′17″ ± 1.7′（统计）± 0.4′（系统），在误差范围内与M87位置一致。
• 观测辐射与点源模型相容，但不能完全排除轻微扩展的可能性。
• 该探测结果证明HEGRA IACT系统具备探测偏离视线方向的AGN喷流VHE伽马射线的能力，拓展了已知VHE辐射体的种类。
• 结果支持相对论性喷流中粒子加速的理论模型，即使在大视见角下亦可发生，表明M87是重要的VHE伽马射线源。