[论文解读] TeV Gamma-Ray Emission Observed from Geminga with HAWC

B. M. Baughman, J. Wood|arXiv (Cornell University)|Aug 14, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 21被引用 8

一句话总结

HAWC探测到一个与Geminga脉冲星空间重合的扩展TeV伽马射线源，证实了Milagro早期对一个硬谱指数、扩展发射区域的观测。利用149天的数据和250个水契伦科夫探测器，HAWC实现了38σ的检测显著性，显示出优于Milagro的灵敏度，并证实Geminga可能是导致观测到的正电子过剩的附近宇宙射线加速器。

ABSTRACT

Geminga is a radio-quiet pulsar ~250 parsecs from Earth that was first discovered as a GeV gamma-ray source and then identified as a pulsar. Milagro observed an extended TeV source spatially consistent with Geminga. HAWC observes a similarly extended source. Observations of Geminga's flux and extension will be presented.

研究动机与目标

• 使用HAWC天文台确认Milagro观测到的Geminga扩展TeV伽马射线辐射。
• 研究Geminga是否是高能宇宙射线的重要来源，可能解释观测到的正电子过剩。
• 评估HAWC在TeV能量范围内探测扩展、硬谱指数源的灵敏度和性能。
• 将HAWC的检测能力与前身Milagro进行比较，特别是针对扩展源。
• 提供关于Geminga脉冲星周围TeV辐射区域的更新、高显著性的观测证据。

提出的方法

• HAWC使用250个水契伦科夫探测器（HAWC-250）从2014年11月26日至2015年5月6日运行，有效时间为149天。
• 分析聚焦于以费米源J0634.0+1745为中心的10°×10°区域，对应于Geminga脉冲星。
• 应用了针对点源和扩展源优化的分析方法，通过1°高斯平滑处理显著性图，以增强对扩展形态的探测。
• 与Milagro相比，HAWC的改进点扩散函数和更低能量阈值显著提升了灵敏度，尤其对点源而言。
• 以蟹状星云作为通量校准参考，实现了38σ的检测，证实了HAWC的灵敏度性能。
• 与Milagro的数据进行了对比分析，以验证在扩展源探测上的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 Milagro先前观测到的Geminga扩展TeV伽马射线辐射，是否被HAWC所证实？
• RQ2 HAWC测量的Geminga周围TeV辐射区域的显著性和形态如何？
• RQ3 HAWC在扩展源探测方面的灵敏度与Milagro相比如何，特别是在能量阈值和点扩散函数方面？
• RQ4 HAWC的改进性能是否能够解决成像大气契伦科夫望远镜（IACTs）长期未能探测到Geminga的问题？
• RQ5 Geminga的扩展TeV辐射是否支持其作为附近宇宙射线加速器、并贡献于观测到的正电子过剩的角色？

主要发现

• HAWC在38σ的显著性下探测到一个与Geminga空间重合的扩展TeV伽马射线源，证实了Milagro的早期观测结果。
• 该扩展辐射区域的空间范围约为2.6° ± 0.7°至-0.9°，与Milagro测量的2.6° +0.7/-0.9°一致。
• HAWC对蟹状星云的38σ检测表明，其灵敏度相比Milagro在相同数据集中的17σ检测提升了两倍以上。
• HAWC天文台的低能量阈值和改进的点扩散函数显著提升了灵敏度，尤其对点源而言；尽管扩展源从这些改进中受益较少。
• 扩展辐射的探测证实Geminga是一个硬谱指数、扩展的TeV源，支持其作为宇宙射线加速器的潜在角色。
• HAWC的结果解决了与IACT观测之间的矛盾：由于该技术在观测扩展、硬谱指数源方面存在挑战，IACTs此前未能探测到Geminga的显著辐射。