[论文解读] Recent H.E.S.S. results on extra-galactic sources

M. Cerruti|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文利用H.E.S.S.切伦科夫望远镜阵列，报告了五个河外源——SHBL J001355.9-185406、1RXS J101015.9-311909、1ES 1312-423、AP Lib 和 HESS J1943+213——的最新甚高能（VHE）伽马射线探测结果，其流量范围为蟹状星云流量的0.004至0.02倍，红移最高达 z ≈ 0.58。结果表明，先进分析技术显著提升了探测灵敏度，并为H.E.S.S. II的深入探测奠定了基础，后者将降低能量阈值并增强对微弱遥远源的探测能力。

ABSTRACT

Since the beginning of scientific operations in 2003, more than 20 extra-galactic sources have been detected with H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) at very high energies (VHE): apart from the starburst galaxy NGC 253, all of them are active galactic nuclei (AGNs). BL Lac objects are by far the dominant AGN sub-class in the H.E.S.S. extra-galactic sky, but two radio-galaxies and one flat-spectrum radio quasar (FSRQ) have been detected as well. The study of extra-galactic VHE emitters will be improved in the near future by the completion of a fifth 24m-diameter telescope (H.E.S.S. II). In this talk, a review of the AGNs seen by H.E.S.S. will be given, including the latest results achieved, namely the detection of VHE emission from the blazars 1RXS J101015.9-311909, SHBL J001355.9-185406, 1ES 1312-423, AP Lib and the BL Lac candidate HESS J1943+213.

研究动机与目标

• 报告H.E.S.S.切伦科夫望远镜阵列对河外甚高能（VHE）伽马射线源的最新探测结果。
• 评估增强分析技术在缩短观测时间下探测微弱VHE源的性能。
• 表征新探测到的活动星系核（AGNs），特别是BL Lacs和FSRQs的谱能分布（SED）和辐射机制。
• 评估HESS J1943+213这一新探测到的VHE源的潜在起源，该源具有软谱且无明确恒星对应体。
• 为H.E.S.S. II的增强灵敏度和更低能量阈值做好准备，后者将提升对VHE河外天空的探测能力。

提出的方法

• 利用高能立体系统（H.E.S.S.），即由四台12米直径大气契伦科夫望远镜组成的地面阵列，探测能量高于100 GeV的VHE伽马射线。
• 应用先进分析技术，包括超越标准Hillas方法的改进重建算法，以提高灵敏度并缩短微弱源的观测时间。
• 使用时间积分光子指数和以蟹状星云流量为单位的流量，测量探测到源的能谱和通量。
• 通过与多波段数据（包括Fermi-LAT、X射线、射电和红外观测）交叉识别，约束源的起源并支持SED建模。
• 通过红移估计和宿主星系通量建模，为未识别源（如HESS J1943+213）设定红移下限。
• 通过缺乏轨道调制、扩展X射线发射或大质量恒星伴星等特征，排除其他可能起源（如伽马射线双星、脉冲星风星云）。

实验结果

研究问题

• RQ1 BL Lacs源SHBL J001355.9-185406的VHE伽马射线辐射显著性与通量如何？其与蟹状星云的对比关系如何？
• RQ2 AP Lib（低能量峰值BL Lacs）的谱能分布（SED）如何支持外部逆康普顿辐射模型？
• RQ3 HESS J1943+213的河外起源有何证据？为何伽马射线双星或脉冲星风星云等其他起源可能性较低？
• RQ4 改进的分析技术如何使H.E.S.S.能在更短观测时间内探测到如1ES 1312-423和1RXS J101015.9-311909等微弱VHE源？
• RQ5 H.E.S.S. II（配备第五台24米望远镜）将如何提升对更微弱、更遥远的河外VHE源的探测能力？

主要发现

• H.E.S.S.在5σ显著性水平下探测到SHBL J001355.9-185406的VHE辐射，通量约为蟹状星云通量的1%，红移为 z = 0.095。
• 1RXS J101015.9-311909在7σ显著性下被探测到，通量为0.008倍蟹状星云单位，光子指数为3.1 ± 0.5，与高能峰值BL Lacs一致。
• 1ES 1312-423在7σ显著性下被探测到，通量为0.004倍蟹状星云单位，尽管其位于视场中心偏移2°，表明新分析技术的灵敏度显著提升。
• AP Lib（z = 0.049的低能峰值BL Lacs）在7σ显著性下被探测到，通量为0.02倍蟹状星云单位，光谱指数为2.5 ± 0.2，其宽广的SED与外部逆康普顿辐射一致。
• HESS J1943+213在7.9σ显著性下被探测到，通量为0.02倍蟹状星云单位，具有软谱（光子指数3.1 ± 0.3），且无合理恒星对应体，支持其为极端高能峰值耀变体起源，并设定红移下限 z > 0.14。
• 增强分析技术的发展显著提升了对微弱VHE源的探测能力，实现了更短观测时间，并扩展了已知的河外VHE源天体数量。