[论文解读] Search for TeV Emission from Geminga by VERITAS

G. Finnegan|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 11被引用 3

一句话总结

本研究使用VERITAS成像大气契伦科夫望远镜阵列对Geminga脉冲星进行了TeV伽马射线辐射的搜寻。尽管观测时长达10.4小时，未检测到显著辐射；在300 GeV以上，稳定辐射的99%置信水平上限为<2×10⁻¹² photons cm⁻² s⁻¹，周期性辐射的上限为0.8–1.0×10⁻¹² photons cm⁻² s⁻¹。

ABSTRACT

The Geminga gamma ray source was first detected by the SAS-2 gamma-ray satellite observatory and the COS-B x-ray satellite observatory, and has been identified as a radio-quiet pulsar associated with a 300,000 year old supernova remnant. Geminga is one of the brightest GeV sources as seen by the Large Area Telescope on board the Fermi gamma-ray satellite observatory. A ground based detection was accomplished by the Milagro extensive air shower array at energies greater than 20 TeV. During 2007 VERITAS performed observations to search for TeV gamma ray emission from the Geminga pulsar and the region near Geminga. In this paper, we describe these measurements and the new analysis of these observations.

研究动机与目标

• 使用VERITAS阵列搜寻Geminga脉冲星的TeV伽马射线辐射。
• 解决Geminga能谱在GeV（Fermi-LAT）与20 TeV（Milagro）之间的能量间隙问题。
• 检验VERITAS是否能检测到如先前Milagro观测所暗示的Geminga脉动或扩展TeV辐射。
• 增进对Geminga系统中粒子加速机制的理解，包括其对宇宙射线过剩可能的贡献。
• 通过高分辨率TeV测量，提供Fermi-LAT与Milagro观测之间的谱能分布连接。

提出的方法

• VERITAS于2007年11月至12月以偏移0.5°的wobble模式收集了15小时数据，经质量筛选后保留10.4小时用于分析。
• 点源分析采用反射区背景法与环形背景法估算背景水平。
• 使用Li & Ma似然比方法计算显著性，以评估信号与背景的差异。
• 对事件到达时间应用质心校正，使其与XMM-Newton、ASCA及EGRET数据所确定的Geminga已知星历表对齐。
• 周期性分析将事件相位分布与已知脉冲星相位进行比较，寻找调制辐射。
• 扩展源分析正在进行中，但本研究未完成。

实验结果

研究问题

• RQ1 VERITAS能否探测到Geminga脉冲星在300 GeV以上的稳定TeV伽马射线辐射？
• RQ2 Geminga的TeV辐射是否表现出与237 ms脉冲星周期一致的相位调制？
• RQ3 VERITAS能否解析Milagro报告的、跨度达5–10秒差距的扩展TeV辐射？
• RQ4 Geminga在100 GeV至30 TeV范围内的谱能分布如何？其如何连接Fermi-LAT与Milagro的观测？
• RQ5 VERITAS能否区分Geminga系统中粒子加速机制的差异，如逆康普顿散射或π介子衰变？

主要发现

• VERITAS数据的点源分析未发现伽马射线的显著过量，ON与OFF事件分布与背景一致。
• 在300 GeV以上，Geminga稳定TeV辐射的99%置信水平上限为<2×10⁻¹² photons cm⁻² s⁻¹。
• 周期性分析未发现VERITAS事件到达时间与已知脉冲星相位之间存在相关性，调制辐射的99%置信水平上限为0.8–1.0×10⁻¹² photons cm⁻² s⁻¹。
• 二维显著性图与一维显著性直方图显示，分布呈以零为中心的高斯分布，与预期背景涨落一致。
• 本数据集中，VERITAS未能填补Fermi-LAT（GeV）与Milagro（20 TeV）之间的观测能量间隙。
• 扩展源分析仍在进行中，旨在检验Milagro报告的辐射空间扩展（2.6° ± 0.7°）。