[论文解读] Observations of Supernova Remnants with VERITAS

T. B. Humensky|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用 4

一句话总结

VERITAS 侦测到来自仙后座 A 和 IC 443 的甚高能（VHE）伽马射线，证实了它们作为宇宙射线加速器的身份。数据表明，Cas A 在 300 GeV 以上发射的辐射约为蟹状星云通量的 ~3%，而 IC 443 的扩展发射与分子云相关，强烈支持其 VHE 辐射起源于强子过程。

ABSTRACT

The study of shell-type supernova remnants is a key science focus for the VERITAS TeV telescope array. Supernova remnants (SNRs) are widely considered to be the strongest candidate for the source of cosmic rays below the knee around 10^15 eV. This presentation will highlight new VERITAS results including new measurements of the spectra of Cas A and IC 443 and observations of the "Forbidden Velocity Wing" FVW 190.2+1.1. These results and their implications for the nature of the cosmic rays - hadronic or electronic - accelerated in the remnants will be discussed.

研究动机与目标

• 使用 VERITAS 望远镜阵列侦测并表征超新星遗迹（SNRs）仙后座 A 和 IC 443 的甚高能（VHE）伽马射线发射。
• 通过分析 VHE 辐射的能谱和形态特性，区分 SNRs 中轻子与强子粒子加速机制。
• 通过空间和能谱相关性，检验 IC 443 的伽马射线是否起源于与致密分子云的强子相互作用的假设。
• 通过高灵敏度 VHE 观测，改进对 SNRs 中宇宙射线加速效率和最大能量的约束。
• 评估 VHE 辐射与 IC 443 区域内脉冲星风 nebulae（PWNe），如 CXOU J061705.3+222127，之间潜在关联的可能性。

提出的方法

• VERITAS 在亚利桑那州南部海拔 1268 米处使用四台 12 米望远镜，采用偏移模式观测，指向偏移 0.5°–0.7°，以实现立体重建。
• 通过双遍清洗算法，从相机像素中提取图像参数（宽度、长度、质心、大小），阈值分别为基底均方差的 5 倍和 2.5 倍。
• 利用基于蒙特卡罗模拟校准的查表法，通过平均缩放宽度（MSW）和平均缩放长度（MSL）实现伽马射线与强子的分离。
• 背景估计采用环形背景模型，显著性通过公式 17 来自 [35] 计算，结果通过独立分析验证。
• 能谱分析通过将源事件率与蟹状星云通量进行比较来执行，从而确定通量和能谱指数。
• 通过将源中心的平方角距离拟合为二维高斯分布（例如）来评估源的扩展性。

实验结果

研究问题

• RQ1 仙后座 A 的 VHE 伽马射线发射是否与点源一致？其在 300 GeV 以上的通量和能谱指数是多少？
• RQ2 IC 443 的 VHE 发射是否在空间上与分子云和 OH 激射发射相关，支持其强子起源？
• RQ3 IC 443 的陡峭 VHE 能谱是否可用强子过程（如能量依赖性扩散或较低的最大加速能量）来解释？
• RQ4 IC 443 的 VHE 发射更可能源于与分子云的强子相互作用，还是源于相关脉冲星风 nebulae（PWN）的轻子辐射？
• RQ5 VER J0616.9+2230 与 0FGL J0617.4+2234 之间 0.15° 的分离具有何种意义？是否可能表明能量依赖性形态？

主要发现

• VERITAS 以 9.8σ 的显著性侦测到仙后座 A，测得其在 300 GeV 以上通量约为蟹状星云通量的 ~3%。
• Cas A 的发射在 VERITAS 的角分辨率范围内与点源一致，其能谱正在分析中，以最终确定能谱指数。
• IC 443 展现出扩展的 VHE 发射，当用二维高斯拟合时，其角扩展约为 ~0.16°，表明其超出点源扩展。
• IC 443 在 300 GeV 以上的积分通量为蟹状星云通量的 3.2%，其能谱指数与幂律拟合一致。
• IC 443 的 VHE 发射在空间上与分子云最致密区域及 OH 激射发射重合，强烈支持其强子起源。
• 另一种可能的解释涉及 PWN CXOU J061705.3+222127，但该解释较不被支持，因为其 VHE 亮度仅为脉冲星自旋损失亮度的 ~0.04%。