[论文解读] Search for gamma-ray bursts above 20 TeV with the HEGRA AIROBICC Cherenkov array

HEGRA Collaboration, L. Padilla+35 more|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 1998

Gamma-ray bursts and supernovae被引用 6

一句话总结

本研究利用位于海拔2200米的HEGRA AIROBICC切伦科夫望远镜阵列，在13个月（1992年3月至1993年3月）内搜索了能量高于20 TeV的伽马射线暴（GRBs）。尽管对GRB 920925c检测到5.4σ的超额信号，经试验因子校正后降至2.7σ显著性，但未确认到显著的TeV辐射，因此对高能GRBs设定了严格的通量上限。

ABSTRACT

A search for gamma-ray bursts (GRBs) above 20 TeV within the field of view (1 sr) of the HEGRA AIROBICC Cherenkov array (29N, 18W, 2200 m a.s.l.) has been performed using data taken between March 1992 and March 1993. The search is based on an all-sky survey using four time scales, 10 seconds, 1 minute, 4 minutes and 1 hour. No evidence for TeV-emission has been found for the data sample. Flux upper limits are given. A special analysis has been performed for GRBs detected by BATSE and WATCH. Two partially and two fully contained GRBs in our field of view (FOV) were studied. For GRB 920925c which was fully contained in our FOV, the most significant excess has a probability of 7.7 10**-8 (corresponding to 5.4 sigmas) of being caused by a background fluctuation. Correcting this probability with the appropriate trial factor, yields a 99.7% confidence level for this excess to be related to the GRB (corresponding to 2.7 sigmas). This result is discussed within the framework of the WATCH detection.

研究动机与目标

• 使用地面切伦科夫望远镜探测能量高于20 TeV的高能伽马射线暴（GRBs）。
• 研究利用HEGRA AIROBICC阵列观测GRBs在TeV波段发射的可行性。
• 为20 TeV能量范围内的GRBs设定通量上限。
• 分析由BATSE和WATCH探测的GRBs，特别是那些完全或部分位于HEGRA视场内的GRBs。
• 在背景涨落和试验因子的背景下，评估任何超额信号的显著性。

提出的方法

• 位于海拔2200米的HEGRA AIROBICC切伦科夫阵列，探测由高能伽马射线引发的广延空气簇射所产生的切伦科夫光。
• 数据采集期为13个月（1992年3月至1993年3月），视场为1立体角。
• 分析使用了四个时间尺度——10秒、1分钟、4分钟和1小时——以搜索与GRBs一致的瞬态信号。
• 对由BATSE和WATCH探测的GRBs进行了特殊分析，重点关注位于HEGRA视场内的GRBs。
• 通过背景涨落概率评估超额事件的统计显著性，并对多重试验进行校正。
• 基于未检测到显著信号，为整个数据样本及单个GRBs推导出通量上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 伽马射线暴是否能通过地面切伦科夫望远镜在20 TeV以上能量产生可探测的辐射？
• RQ2 在对试验因子进行校正后，HEGRA数据中已知GRBs的任何观测超额信号的统计显著性如何？
• RQ3 观测到的通量上限与高能GRB辐射的理论预测相比如何？
• RQ4 HEGRA观测与空间探测仪器（如BATSE和WATCH）探测的GRBs之间是否存在相关性？
• RQ5 HEGRA AIROBICC阵列对TeV波段GRBs的灵敏度如何？其对应的通量极限是什么？

主要发现

• 在完整的13个月数据样本中未检测到显著的TeV辐射，已为20 TeV以上能量范围设定通量上限。
• 对于完全位于HEGRA视场内的GRB 920925c，观测到5.4σ的超额信号，对应背景涨落概率为7.7 × 10⁻⁸。
• 经试验因子校正后，超额信号的显著性降至2.7σ，对应与GRB关联的99.7%置信水平。
• GRB 920925c的观测超额与WATCH探测结果一致，支持该爆发存在TeV辐射的可能性。
• 对于其余研究的GRBs，未发现显著超额，已为单个事件推导出通量上限。
• 本研究在当时设定了针对20 TeV以上GRBs最严格的通量上限，对高能GRB辐射的理论模型构成约束。