[论文解读] Observations of 1ES 0647+250 and 1ES 0806+524 with VERITAS

P. Cogan|arXiv (Cornell University)|Sep 24, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究报告了VERITAS对两个高能耀变体1ES 0647+250和1ES 0806+524的观测，旨在探测甚高能伽马射线辐射。尽管曝光时间较长，但未检测到显著辐射；1ES 0806+524的上限（0.13 TeV⁻¹ cm⁻² s⁻¹）超过了理论预测，这在某些假设下对同步冷却自康普顿（SSC）模型提出了挑战。

ABSTRACT

Observations of the blazars 1ES 0647+250 and 1ES 0806+524 with VERITAS are reported here. These objects are among the favoured candidate extragalactic sources in the very high-energy regime due to the presence of high-energy electrons and adequate seed photons. The presence of high-energy electrons is established from the location of the synrchrotron peak in the spectral energy distribution of the blazars. The presence of adequate seed photons is determined by the flux in the radio-through-optical wavebands. These are the key ingredients for very high-energy gamma-ray emission in the context of the synchrotron self-Compton model. The redshift of 1ES 0647+250 has been tentatively reported as 0.203 and the redshift of 1ES 0806+524 is 0.138, thus the detection of very high-energy gamma-ray emission from these objects could make significant contributions to the understanding of the extragalactic infrared background light. The analysis of these data relies on standard techniques in very high-energy gamma-ray astronomy, and the results are compared to previously reported upper limits and to theoretical predictions.

研究动机与目标

• 利用VERITAS在调试阶段对耀变体1ES 0647+250和1ES 0806+524进行甚高能伽马射线辐射探测。
• 基于同步冷却自康普顿（SSC）模型，检验这些源的甚高能辐射理论预测。
• 通过更深度的观测和优化的分析技术，改进先前的通量上限。
• 评估非探测结果对河外红外背景模型和耀变体辐射机制模型的影响。

提出的方法

• VERITAS以wobble模式进行观测，右 Ascension 或赤纬方向偏移±0.3°或±0.5°，以最大化源区积分时间。
• 采用标准地基伽马射线天文学技术分析数据，通过均值缩放宽度和长度（MSW/MSL）对 shower 图像参数化，实现信号与背景分离。
• 背景估计采用反射区方法，利用蟹状星云数据优化截断条件，以最大化灵敏度。
• 使用Li & Ma方法计算统计显著性和通量上限，检验统计量定义为 $ p Iigl(-C/ hoigr) = Iigl((C^{UL} - C)/ hoigr) $，其中 $ ho = igl( ext{on} + ar{ heta}^2 ext{off} igr)^{1/2} $。
• 能量阈值通过在不同天顶角下插值蒙特卡洛模拟结果确定，使用每组数据的平均仰角。
• 通过将观测到的计数上限换算为蟹状星云单位，并转换为物理通量单位，推导出通量上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 耀变体1ES 0647+250在0.3 TeV以上是否表现出可探测的甚高能伽马射线辐射？
• RQ2 耀变体1ES 0806+524是否显示出TeV辐射的证据，其通量与理论SSC模型预测相比如何？
• RQ3 新的VERITAS上限与先前测量结果以及Costamante和改进型-Fossati模型的理论通量预测相比如何？
• RQ4 非探测结果在多大程度上限制了河外红外背景和高红移耀变体SSC模型的有效性？
• RQ5 观测期间多波段通量的变异性是否能解释模型预测与观测上限之间的差异？

主要发现

• 在2006年11月至2007年3月期间的VERITAS观测中，未在1ES 0647+250或1ES 0806+524中检测到显著的伽马射线辐射。
• 1ES 0806+524在99%置信水平下的通量上限为 $ oldsymbol{0.13 imes 10^{-11}~ ext{cm}^{-2}~ ext{s}^{-1}} $（能量高于0.3 TeV），基于完整三镜面阵列34.7小时的曝光时间得出。
• 1ES 0806+524的上限超过了Costamante模型预测值 $ 1.36 imes 10^{-11}~ ext{cm}^{-2}~ ext{s}^{-1} $，表明与该模型之间可能存在张力。
• 对于1ES 0647+250，其上限 $ 0.62 imes 10^{-11}~ ext{cm}^{-2}~ ext{s}^{-1} $ 低于Costamante模型预测值 $ 0.59 imes 10^{-11}~ ext{cm}^{-2}~ ext{s}^{-1} $，尽管差异微小。
• 1ES 0806+524三镜面数据集的能量阈值为 $ 0.36~ ext{TeV} $，表明对最高能伽马射线具有灵敏度。
• 由于未检测到信号且理论预测通量较低，未来使用VERITAS对这些源进行深度观测的可能性不大，但若发生多波段耀发，目标机会观测计划仍具可行性。