[论文解读] Searching for TeV emission from GRBs: the status of the H.E.S.S. GRB programme

D. Lennarz, P. M. Chadwick+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 26, 2013

Gamma-ray bursts and supernovae参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文回顾了H.E.S.S.伽马射线天文台探测伽马射线暴（GRBs）中非常高能（VHE）辐射的计划现状，强调了H.E.S.S. II的加入所带来的灵敏度提升——作为世界上最大的IACT，其配备600 m²的反射镜，能量阈值更低（数十GeV），且重新指向速度更快。尽管在GRB 100621A中未探测到显著的VHE辐射，但该研究设定了潜在高能谱成分的关键上限，证明H.E.S.S. II已具备未来探测GRB的能力。

ABSTRACT

H.E.S.S. is an array of five Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes (IACTs) located 1800 m above sea level in the Khomas Highland of Namibia and is sensitive to very-high-energy (VHE) gamma rays between tens of GeV to tens of TeV. The very-high background rejection capabilities of IACTs provide excellent sensitivity of H.E.S.S. to GRBs. In this contribution the status of the H.E.S.S. GRB programme, already started in 2003, is reviewed. A highlight is the recent addition of the fifth telescope, which is the world's largest IACT. Its 600 square metre mirror lowers the energy threshold to tens of GeV and provides an effective area that is ten thousands of times larger than Fermi-LAT at these energies. The higher performance drive system will reduce the response time to a GRB alert, which will significantly enhance the chances of a H.E.S.S. GRB detection. Recent results on selected GRBs will be shown.

研究动机与目标

• 评估H.E.S.S. GRB计划在探测GRB中非常高能（VHE）伽马射线辐射方面的现状与能力。
• 评估H.E.S.S. II的升级——更大的反射镜、更低的能量阈值、更快的重新指向能力——对提升探测前景的影响。
• 分析选定GRB的观测数据，特别是GRB 100621A，以设定VHE辐射的上限并检验谱模型。
• 理解VHE辐射对GRB辐射机制及河外背景光（EBL）吸收的影响。

提出的方法

• 利用位于纳米比亚的H.E.S.S.五台成像大气契伦科夫望远镜（IACT）阵列，探测能量范围为30 GeV至数十TeV的VHE伽马射线。
• 采用立体图像分析方法，至少使用两台望远镜重建空气簇射，以提高背景抑制能力。
• 在点源分析中应用反射背景法，以搜索背景之上的伽马射线事件过剩。
• 通过GCN自动警报系统快速响应GRB触发，H.E.S.S. II显著缩短了响应时间。
• 对瞬时GRB辐射进行谱外推，并校正EBL吸收，以与H.E.S.S.的上限进行比较。
• 在时间窗口内（例如触发后前300秒）分析数据，以搜索短 timescale 的VHE辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 H.E.S.S.能否探测到GRB中的VHE伽马射线辐射，特别是那些具有高光度瞬时辐射及Fermi-LAT观测到的延长高能辐射的GRB？
• RQ2 H.E.S.S. II的改进能力——更低的能量阈值和更快的重新指向——如何提升探测VHE GRB辐射的可能性？
• RQ3 H.E.S.S.的上限对GRB（如GRB 100621A）高能谱中硬幂律成分的存在设定了何种约束？
• RQ4 河外背景光（EBL）吸收在多大程度上影响VHE GRB辐射的可探测性？上限数据如何为EBL模型提供信息？
• RQ5 为何多个GRB警报未被H.E.S.S.观测到？哪些运行和技术挑战影响了及时跟进？

主要发现

• H.E.S.S.未在GRB 100621A中探测到显著的VHE伽马射线辐射，该源是迄今为止H.E.S.S.观测到的最近且最明亮的瞬时爆发，红移z=0.542。
• H.E.S.S.对GRB 100621A的VHE辐射上限排除了在无延迟瞬时辐射假设下，延伸至数十GeV的硬幂律谱成分的存在。
• H.E.S.S. II的加入将能量阈值降低至数十GeV，并使该能量段的有效面积相比Fermi-LAT提升了10,000倍。
• H.E.S.S. II更快的重新指向系统显著缩短了对GRB警报的响应时间，极大提升了探测瞬时VHE辐射的可能性。
• 尽管条件有利，但由于天气、技术问题或红移信息延迟，观测机会仍被错过，凸显了运行挑战。
• 本研究证明H.E.S.S. II现已具备探测GRB VHE辐射的能力，尤其适用于Fermi-LAT观测到的具有延长或延迟高能辐射的GRB。