[论文解读] Latest results on Galactic sources as seen in VHE gamma-rays

M. Renaud|ArXiv.org|May 8, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 7

一句话总结

本文综述了H.E.S.S.实验对银河系源的最新甚高能（VHE）伽马射线观测，重点研究壳层型超新星遗迹和脉冲星风星云。研究探讨了VHE辐射的性质——轻子主导还是强子主导——并发现未解析源解释了相当大一部分银河系弥散VHE伽马射线背景，下一代望远镜预计可探测约500个此类源。

ABSTRACT

As of early 2009, latest results on Galactic sources (mainly shell-type and plerionic supernova remnants), as observed in the very-high-energy gamma-ray domain, are reviewed. A particular attention is given to those obtained with the H.E.S.S experiment during its Galactic Plane Survey which now covers the inner part of the Milky Way. From the well identified gamma-ray sources to those without any obvious counterpart and the putative Galactic diffuse emission, this observational window fully deserves to be celebrated during this International Year of Astronomy, as a new mean to image the Galaxy and reveal sites of particle acceleration, potentially at the origin of Galactic cosmic rays.

研究动机与目标

• 综述H.E.S.S.银河系平面巡天对银河系源的最新VHE伽马射线观测。
• 研究壳层型超新星遗迹和脉冲星风星云中VHE伽马射线辐射的起源，区分轻子辐射与强子辐射机制。
• 评估未解析或“暗淡”源对假设性银河系弥散VHE伽马射线辐射的贡献。
• 评估log N(>S)–log S分布对源群体模型及未来探测前景的启示。
• 预测下一代IACT如CTA和AGIS可探测的VHE银河系源数量。

提出的方法

• 利用H.E.S.S.银河系平面巡天数据，覆盖银道面内区（ℓ ∈ [-90°, 60°]，|b| < 3°），具有高灵敏度与角分辨率。
• 分析从射电至VHE伽马射线的全波段能谱分布，以约束粒子加速机制。
• 应用蒙特卡洛模拟，以考虑log N(>S)–log S分布中的统计与系统误差。
• 将H.E.S.S.数据与先前的Milagro测量结果对比，评估已解析源对弥散辐射的贡献。
• 建模电子与质子注入谱，利用EGRET数据约束逆康普顿辐射，并检验是否偏离标准π⁰衰变谱。
• 评估源形态与扩展程度，以区分已解析源与弥散辐射，特别是在覆盖不均匀区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在壳层型超新星遗迹的VHE伽马射线辐射中，主导辐射机制是轻子主导还是强子主导？
• RQ2 未解析或“暗淡”VHE源在银河系弥散伽马射线辐射中占多大比例？
• RQ3 VHE源的空间分布（均匀盘状 vs. 旋臂增强）如何揭示银河系宇宙射线的起源？
• RQ4 可归因于未解析点源或扩展源的VHE弥散辐射占多大比例？
• RQ5 下一代IACT如CTA和AGIS预计可探测多少个新的VHE银河系源？

主要发现

• 五个人壳层型超新星遗迹——Cas A、RX J1713.7-3946、RX J0852-4622、RCW 86和SN 1006——已在VHE伽马射线波段被探测到，其形态与X射线壳层一致。
• X射线与VHE伽马射线辐射之间的相关性支持轻子起源，但简单模型要求磁感应强度极低（约几 十μG），暗示可能存在强子贡献。
• H.E.S.S.在Milagro先前探测为弥散辐射的区域中解析出五个VHE源，解释了约20%的弥散通量。
• H.E.S.S.第二版巡天目录的初步研究表明，至少10%的VHE银河系弥散辐射来自未解析源。
• log N(>S)–log S分布的高通量区斜率为~−0.6，表明源分布呈旋臂增强特征，与年轻恒星群体一致。
• 外推至1 mCrab灵敏度（CTA和AGIS可实现）表明，预计可探测约500个VHE银河系源。