[论文解读] The MAGIC Telescopes - Status and Recent Results

S. Klepser|arXiv (Cornell University)|Apr 5, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用 4

一句话总结

MAGIC 望远镜位于拉帕尔马，到2010年，其立体模式下的能量阈值达到50 GeV，灵敏度提升至小于1%的蟹状星云通量，从而实现了对5个新河外VHE源的探测。关键成果包括首次在VHE波段探测到头部尾部星系IC 310，以及对蟹状脉冲星的高灵敏度光 light curve，能量低至25 GeV，对脉冲星表面附近的辐射模型形成约束。

ABSTRACT

The MAGIC telescopes are two Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes located on the canary island of La Palma. They provide the lowest energy threshold among existing instruments of the kind, reaching down to 50 GeV in standard trigger mode. This allows us to close the energy gap between satellite-bourne and ground-based gamma-ray observations for strong enough sources. During the first five years of monoscopic observations, many interesting results could thus be achieved. With the second MAGIC telescope, which started operation in 2009, the sensitivity could be improved by stereoscopic imaging, and 5 new detections could already be reported in 2010. We present the status of the MAGIC telescopes in 2010 and review the latest results obtained in mono- and stereoscopic mode. This includes, among others, the detection of the head-tail galaxy IC 310, a new multiwavelength study of Mrk 501, an updated lightcurve of the Crab Pulsar.

研究动机与目标

• 在成像大气契伦科夫望远镜中实现最低能量阈值，以弥合卫星与地面伽马射线观测之间的差距。
• 通过双望远镜立体观测提高灵敏度并降低系统不确定性。
• 探测并研究来自河外源、脉冲星和暂现现象的甚高能伽马射线辐射。
• 利用多波段和多历元数据，约束活动星系核、脉冲星和双星系统的辐射模型。
• 为未来升级做准备，确保两台望远镜性能的统一性。

提出的方法

• 在拉帕尔马海拔2220米处，利用两台直径17米的成像大气契伦科夫望远镜（MAGIC-I 和 MAGIC-II）探测伽马射线引发空气簇射所产生的契伦科夫光。
• 采用2 GHz高速读出系统和大口径反射镜，实现约50 GeV的低能量阈值。
• 通过双望远镜立体成像，提升角分辨率和能量分辨率，将伽马射线与强子的分离能力提高约3倍，并有效抑制背景噪声。
• 应用优化的重建算法和蒙特卡罗模拟，估算灵敏度与性能提升。
• 与X射线、射电和Fermi-LAT观测设备协同开展长期、协调的多波段观测，研究源的变异性与能谱分布。
• 应用差分通量上限和显著性天图，对非探测结果进行约束，例如在天鹅座X-3和SNR G65.1+0.6中的观测。

实验结果

研究问题

• RQ1 MAGIC 望远镜能否探测到头部尾部星系IC 310的VHE伽马射线辐射？其平坦谱指数对辐射机制有何启示？
• RQ2 与单目模式相比，MAGIC 望远镜在立体模式下的灵敏度提升程度如何？这对其探测阈值和观测时间有何影响？
• RQ3 能否在50 GeV以下能量探测到蟹状脉冲星的周期性伽马射线辐射？这对脉冲星表面附近的辐射模型有何启示？
• RQ4 在天鹅座X-3和LS I +61 303中未探测到VHE辐射，这对微类星体和X射线双星的VHE辐射模型有何影响？
• RQ5 MAGIC 对SNR G65.1+0.6及其Fermi-LAT对应源的观测，如何约束潜在脉冲星风星云的本质？

主要发现

• MAGIC 望远镜在单目模式下实现了约50 GeV的能量阈值，为同类仪器中最低。
• 在立体模式下，灵敏度从1.6%提升至小于1%的蟹状星云通量，相同探测所需的观测时间最多减少60%。
• 能量分辨率在300 GeV以上从25%提升至15%（RMS），方向分辨率从0.1°提升至300 GeV时低于0.07°。
• 蟹状星云在低至80 GeV的能量下被成像，角分辨率约为0.15°，证明了其在低能段的优异性能。
• 在20.6小时观测中探测到头部尾部星系IC 310，其谱指数为γ = -2.00 ± 0.14，平坦谱指数对简单的同步辐射自康普顿模型构成挑战。
• 蟹状脉冲星的周期信号在低至25 GeV能量下被探测到，两个脉冲成分的峰值显著性分别为4.3σ和7.4σ，由于对成对产生吸收的排除，否定了表面辐射模型。