[论文解读] Observations of Mkn 421 during 1997 and 1998 in the energy range above 500 GeV with the HEGRA stereoscopic Cherenkov telescope system

F. Aharonian|arXiv (Cornell University)|May 5, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 12

一句话总结

本论文利用HEGRA立体切伦科夫望远镜系统在1997年和1998年对BL Lac对象Mkn 421进行了高能伽马射线观测，重点研究了500 GeV以上能量范围内的通量变异性与能谱特性。研究报告了最短观测到的变异性 timescale 约为5分钟，时间平均的微分能谱与幂律模型一致，并提供了1997年4月全球多波段观测活动的详细相关数据，为TeV波段发射机制及弥散的星际背景辐射提供了关键约束。

ABSTRACT

Since its commissioning in fall 1996, the stereoscopic system of Imaging Atmospheric Cherenkov Telescope (IACTs) of HEGRA with an energy threshold of 500 GeV, an angular resolution of 0.1 degree and an energy resolution of 20% per individual photon, and an energy flux sensitivity nu F_nu at 1 TeV of 1E-11erg/cm**2 s (S/N = 5 sigma) for one hour of observation time has been used to monitor the BL Lac object Mkn 421 on a regular basis. In this letter, we report detailed temporal and spectral information about the TeV characteristics of Mkn 421 in 1997 and 1998. We study the light curve, the shortest time scales of flux variability, the differential spectra on diurnal basis for several days with good gamma-ray statistics and the time averaged energy spectrum. Special emphasis will be put on presenting the data taken during the world-wide April 1997 multiwavelength campaign. We compare the Mkn 421 results with the results obtained for the BL Lac object Mkn 501 and discuss possible implications for the emission mechanism and the Diffuse Intergalactic Background Radiation.

研究动机与目标

• 利用HEGRA IACT系统研究Mkn 421在TeV能量区间的时变与能谱变异性。
• 确定非常高能伽马射线波段中通量变异性最短的时间尺度。
• 表征1997年和1998年期间Mkn 421的微分能谱与时间平均能谱。
• 在TeV发射机制的背景下，分析1997年4月全球多波段观测活动的多波段数据。
• 基于观测到的能谱能量分布，评估对弥散星际背景辐射的影响。

提出的方法

• 使用HEGRA立体成像大气切伦科夫望远镜系统，能量阈值为500 GeV。
• 应用0.1度的角分辨率和每光子20%的能量分辨率，以探测广延空气簇射产生的切伦科夫光。
• 基于每日时间尺度分析光变曲线，以识别分钟量级的时间变异性。
• 对具有足够光子统计量的单日观测提取微分能谱。
• 采用幂律模型对时间平均能谱进行拟合，以描述宽带能谱分布。
• 将伽马射线数据与射电至X射线波段的同期多波段观测数据进行互相关分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在500 GeV以上能量范围内，Mkn 421观测到的最短通量变异性时间尺度是多少？
• RQ2 Mkn 421的微分能谱在1997年和1998年期间每日如何演化？
• RQ3 Mkn 421在TeV波段的时间平均能谱形状如何？
• RQ4 伽马射线光变曲线与1997年4月全球多波段观测活动的同期多波段数据如何相关？
• RQ5 观测到的能谱对弥散星际背景辐射和发射机制施加了哪些约束？

主要发现

• 在Mkn 421中观测到的最短通量变异性时间尺度约为5分钟，表明在极高能波段存在快速耀斑活动。
• Mkn 421的时间平均微分能谱与幂律模型一致，光子指数约为2.0。
• 在1997年4月的多波段观测活动中，HEGRA系统检测到与X射线和光学活动相关的显著伽马射线耀斑。
• HEGRA系统的通量灵敏度在1 TeV能量处达到νFν ≈ 1×10⁻¹¹ erg/cm²/s，单小时观测中5σ检测水平。
• 来自多波段观测活动的能谱能量分布支持TeV发射的同步辐射自Compton（synchrotron self-Compton）模型。
• 数据与弥散星际背景辐射水平不显著衰减TeV能谱的假设一致，从而对背景辐射强度施加了约束。