[论文解读] Observations of SNR CTA 1 and the Cyg OB1 region with VERITAS

E. Aliu|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 9

一句话总结

VERITAS 从年轻的超新星遗迹 CTA 1 检测到扩展的甚高能（VHE）伽马射线辐射，可能由其中心脉冲星驱动，同时将御夫座区域的复杂源 MGRO J2019+37 分辨为多个组分，包括 CTB 87 处一个独立的点源。这些发现支持脉冲星风星云中通过逆康普顿散射产生的轻子起源，多波段数据表明御夫座 OB1 电离区存在多个 VHE 源。

ABSTRACT

The Cygnus region is a nearby very active star forming region, containing several OB associations, considered as tracers of young pulsars. Above 12 TeV, the Milagro Collaboration has reported the discovery of a very large source, MGRO J2019+37, lying towards the Cyg OB1 association, at the edge of the Cygnus region. The young and energetic pulsar PSR J2021+3651 has been proposed to power this emission. We present here the result of deep VERITAS observations of this region at energies above 650 GeV. These observations unveil extended and complex TeV emission compatible with MGRO J2019+37, likely made of multiple sources, and a clearly separated point source emission from the direction of CTB 87, a pulsar wind nebula candidate. We will also report on the detection of TeV emission from the young Galactic SNR CTA 1, likely powered by the first pulsar discovered through its gamma-ray radiation.

研究动机与目标

• 识别御夫座区域中扩展 VHE 伽马射线辐射的起源，特别是此前未解析的 MGRO J2019+37。
• 确定超新星遗迹 CTA 1 的 VHE 辐射是否由其中心脉冲星驱动，如理论模型所预测。
• 分离御夫座 OB1 电离区中多个潜在源的贡献，包括脉冲星、电离氢区和未识别天体。
• 通过分析能谱和形态特性，评估强子过程与轻子过程在 VHE 伽马射线产生中的作用。
• 增进对年轻、活跃的恒星形成区（如御夫座 OB1）中宇宙射线加速机制的理解。

提出的方法

• VERITAS 使用位于弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台的四台成像大气契伦科夫望远镜进行了深度立体观测。
• 观测以偏移 0.7° 的“摆动模式”进行，以优化对大尺度超新星遗迹 CTA 1 和御夫座 OB1 区域的灵敏度。
• 事件重建采用经典的希尔亚斯参数进行立体簇射重建，专为硬谱源优化。
• 信号提取采用两个固定积分半径（θint = 0.09° 和 0.23°），以检测点源和扩展发射组分。
• 通过预试验和后试验校正评估统计显著性，以衡量检测置信度。
• 利用射电、X 射线和 HE 伽马射线数据（如来自 EGRET、LAT、XMM-Newton 的数据）进行多波段交叉识别，将 VHE 源与已知天体关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 SNR CTA 1 的扩展 VHE 伽马射线辐射的起源是什么？是否与其中心脉冲星驱动的脉冲星风星云一致？
• RQ2 复杂 VHE 源 MGRO J2019+37 是否由多个独立源组成？若是，哪些源负责辐射？
• RQ3 CTB 87 的 VHE 辐射是否能明确与该区域已知脉冲星关联？是否与脉冲星风星云一致？
• RQ4 御夫座 OB1 区域中心 VHE 辐射的能谱和形态特性是什么？与已知 PWN 和 HE 伽马射线源相比如何？
• RQ5 基于能谱和空间数据，哪种机制——强子过程还是轻子过程——最可能是这些区域观测到的 VHE 辐射的来源？

主要发现

• VERITAS 以预试验显著性 7.3σ 和后试验显著性 6.2σ 检测到 SNR CTA 1 的扩展 VHE 伽马射线辐射，确认了稳健信号。
• CTA 1 的 VHE 辐射在空间上与中心脉冲星和 PWN 一致，支持通过逆康普顿散射产生的轻子起源。
• 复杂源 MGRO J2019+37 被分辨为两个主要组分：CTB 87 处的点源，其初步通量为高于 1 TeV 的蟹状星云通量的 1%。
• VHE 源 VER J2016+372/CTB 87 具有硬谱，光子指数为 Γ ≈ 2.1 ± 0.4 stat，与已知脉冲星风星云一致。
• CTB 87 源的显著性随时间增加，表明其为稳定辐射，且与耀变体 BS 2013+370 不兼容，置信度达 99%。
• 在御夫座 OB1 区域的扩展辐射中识别出多个潜在贡献者，包括 PSR J2021+3651、WR 141、IGR J20188+3647，以及一个新发现的与 VERITAS 辐射重叠的非热 X 射线源。