[论文解读] INTEGRAL-ISGRI observations of the CygOB2 region: earching for hard X-ray point sources in a region containing several non-thermal emitting massive stars

M. De Becker, G. Rauw+4 more|ArXiv.org|Jul 13, 2007

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 8

一句话总结

本研究分析了 INTEGRAL-ISGRI 硬X射线数据（20–1000 keV），旨在搜寻天鹅座OB2区域大质量恒星的非热高能辐射，重点关注非热射电发射体 WR 140、WR 146、WR 147 以及 EGRET 源 3EG J2033+4118。未探测到硬X射线点源，而是得出了严格的通量上限，从而对大质量恒星系统中的粒子加速模型进行约束，并排除了某些逆康普顿辐射情景。

ABSTRACT

Aims: We analyze INTEGRAL-ISGRI data in order to probe the hard X-ray emission (above 20 keV) from point sources in the Cyg OB2 region and to investigate the putative non-thermal high-energy emission from early-type stars (Wolf-Rayet and O-type stars). Among the targets located in the field of view, we focus on the still unidentified EGRET source 3EG 2033+4118 that may be related to massive stars known to produce non-thermal emission in the radio domain, and on the wide colliding-wind binary WR 140. Methods: Using a large set of data obtained with the IBIS-ISGRI imager onboard INTEGRAL, we run the OSA software package in order to find point sources in the fully coded field of view of the instrument. Results: Our data do not allow the detection of a lower-energy counterpart of 3EG J2033+4118 nor of any other new point sources in the field of view, and we derive upper limits on the high-energy flux for a few targets: 3EG J2033+4118, TeV J2032+4130, WR140, WR146 and WR147. The results are discussed in the context of the multiwavelength investigation of these objects. Conclusions: The upper limits derived are valuable constraints for models aimed at understanding the acceleration of particles in non-thermal emitting massive stars, and of the still unidentified very-high gamma-ray source TeV J2032+4130.

研究动机与目标

• 研究天鹅座OB2区域非热射电发射大质量恒星的硬X射线（20–1000 keV）辐射。
• 检验早期型恒星（如 WR 140、WR 146 和 WR 147）通过逆康普顿散射产生可探测非热X射线辐射的假设。
• 对未识别的 EGRET 源 3EG J2033+4118 及甚高能伽马射线源 TeV J2032+4130 在硬X射线波段的通量进行约束。
• 为碰撞星风双星及大质量恒星环境中的粒子加速理论模型提供观测限制。

提出的方法

• 利用 OSA 软件包对 INTEGRAL-ISGRI 成像仪的大数据集进行分析，以实现源检测与通量估计。
• 在 ISGRI 的全编码视场内应用标准图像重建与源提取技术。
• 计算三个能量 band 中源通量的 3σ 上限：20–60 keV、60–100 keV 和 100–1000 keV。
• 通过与已知X射线、射电和伽马射线对应源的交叉识别，评估多波段一致性。
• 采用背景建模与源定位技术，确保在源密度复杂的区域中获得可靠的通量上限。
• 将所得上限与逆康普顿及强子发射模型的理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 天鹅座OB2区域的非热射电发射大质量恒星（如 WR 140）是否会产生高于20 keV的可探测硬X射线辐射？
• RQ2 EGRET 源 3EG J2033+4118 是否与天鹅座OB2区域大质量恒星的硬X射线辐射有关？
• RQ3 硬X射线通量上限能否排除碰撞星风双星中相对论性电子产生逆康普顿辐射的特定模型？
• RQ4 对 TeV J2032+4130 的硬X射线通量上限是否能约束其作为甚高能伽马射线源的本质？
• RQ5 这些上限对大质量恒星星风碰撞中电子能量分布的谱指数有何约束？

主要发现

• 在 ISGRI 能量带（20–1000 keV）内，天鹅座OB2区域未探测到硬X射线点源。
• 对 3EG J2033+4118 的通量上限进行了推导，其中 20–60 keV 波段的上限为 0.07 cts s⁻¹（3σ），在所有能量波段中保持一致。
• WR 140 在 20–60 keV 波段的上限为 0.06 cts s⁻¹（3σ），与 Benaglia & Romero（2003）提出的逆康普顿辐射模型不一致。
• WR 147 在 20–60 keV 波段的上限为 0.05 cts s⁻¹（3σ），同样与同一模型不一致。
• TeV J2032+4130 的所有能量波段的上限与 3EG J2033+4118 完全相同，表明其无显著硬X射线辐射。
• SS Cyg 在 20–60 keV 波段以 12σ 显著性被探测到，计数率为 0.77 ± 0.06 cts s⁻¹，但在 40 keV 以上未被探测到，其 3σ 上限分别为 0.11 cts s⁻¹（60–100 keV）和 0.14 cts s⁻¹（100–1000 keV）。