[论文解读] Sky monitoring with ARGO-YBJ

S. Vernetto, Z. Guglielmotto+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用 12

一句话总结

ARGO-YBJ 在西藏使用全覆盖的空气簇射探测器对能量 >0.6 TeV 的天空进行了 424 天的监测，以高显著性检测到蟹状星云（7.0σ）和 Mrk421（8.0σ）。该研究揭示了两个 10°–30° 角直径的未解释宇宙射线过剩区域，并观测到 Mrk421 在 10 天和 30 天 timescales 上的显著耀发活动，且与 X 射线耀发相关。

ABSTRACT

A sky monitoring at gamma ray energy E > 0.6 TeV has been performed by the full coverage Extensive Air Shower detector ARGO-YBJ, located in Tibet at 4300 m of altitude. We monitored 135 galactic and extragalactic gamma ray sources in the sky declination band from -10 to +70 degrees for 424 days, detecting the Crab Nebula and Mrk421 with a significance respectively of 7.0 and 8.0 standard deviations. For a set of 11 AGNs known to emit in the TeV energy range, the search has been performed in time scales of 1, 10 and 30 days in order to study possible flaring activities. Significant emissions has been observed from Mrk421 in the time scales of 10 and 30 days, during June and March 2008, when the source had a strong activity also observed in the X-rays waveband. The analysis of the background has revealed the existence of a significant excess of the CR flux in two localized regions of angular size 10-30 degrees, in agreement with previous indications.

研究动机与目标

• 使用位于西藏的 ARGO-YBJ 空气簇射探测器监测 E > 0.6 TeV 能区的高能伽马射线天空。
• 探测并表征非常高能伽马射线的点源，特别是变光源活动星系核（AGNs）。
• 研究 Milagro 之前观测到的中等尺度宇宙射线各向异性的起源。
• 在 1 天、10 天和 30 天 timescales 上研究已知 TeV AGN 的时间变异性伽马射线辐射。
• 通过先进的背景抑制和角分辨率技术提高对伽马射线源的探测灵敏度。

提出的方法

• ARGO-YBJ 使用由 153 个电阻板室（RPC）簇组成的全覆盖阵列，有效面积达 6600 m²，用于探测宇宙射线和伽马射线产生的广延空气簇射。
• 事件选择标准为：中心地毯区域中至少 40 个感光垫被激发，且天顶角 < 40°，利用感光垫的到达时间和空间信息重建粒子方向。
• 采用时间互换法估算背景：对每个真实事件，从 4 小时缓冲区中随机选取时间偏移，生成 10 个虚假事件。
• 使用 HEALPix 像素化方法生成天图，角分辨率分别在 N_pad ≥ 40、100 和 300 时优化为 ψ = 1.3°、0.7° 和 0.5°。
• 通过从事件图中减去背景图获得信号图，并按像素计算过剩的统计显著性。
• 对 AGN 后续研究，对 11 个已知的 TeV 辐射 AGN 在 1 天、10 天和 30 天时间间隔内进行时间分辨分析，假设幂律谱并考虑 EBL 吸收，推导出通量上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 在赤纬范围 -10° 至 +70° 内，E > 0.6 TeV 能区的天空中是否存在显著的点状伽马射线源？
• RQ2 ARGO-YBJ 是否能在 1 天、10 天和 30 天 timescales 上探测到已知 TeV AGN 的耀发活动？
• RQ3 观测到的两个中等尺度宇宙射线过剩区域（10°–30° 尺寸）的起源是什么？
• RQ4 探测器的角分辨率和背景抑制性能如何影响源探测灵敏度？
• RQ5 对未探测到的 AGN 所观测到的通量上限在多大程度上约束了其本征辐射特性？

主要发现

• 在 E > 0.6 TeV 能区，蟹状星云以 7.0 标准差的显著性被探测到。
• Mrk421 以 8.0 标准差的显著性被探测到，证实其为强 TeV 伽马射线源。
• 在 2008 年 3 月和 6 月，观测到 Mrk421 在 10 天和 30 天 timescales 上的显著耀发活动，且与 X 射线耀发同步。
• 在 α ~ 120°, δ ~ 40° 和 α ~ 240°, δ ~ 40° 位置识别出两个未解释的宇宙射线过剩区域，每个区域在 ~10°–30° 角尺度上通量增强约 0.1%。
• 对未探测到的 AGN，推导出 0.6 TeV 以上积分通量的上限，424 天内 11 个源的平均最灵敏上限为 ~1.5 × 10⁻¹² ph cm⁻² s⁻¹。
• 瞬时耀发持续时间 n 天的通量上限可通过将 424 天的上限按 √(T/n) 缩放估算，其中 T = 424 天。