[论文解读] VERITAS Observations of the BL Lac Object PG 1553+113 Between May 2010 and May 2011

M. Orr|arXiv (Cornell University)|Oct 20, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 3

一句话总结

VERITAS 对高谱线峰值 BL Lac 类型源 PG 1553+113 进行了从 2010 年 5 月到 2011 年 5 月的深度观测，实现了 39σ 的检测——这是迄今对该源最显著的甚高能伽马射线检测。分析结果在 95% 置信水平下给出了其红移上限 z < 0.5，限定了其距离，并增强了其在探测河外背景光（EBL）方面的应用价值。

ABSTRACT

VERITAS, an array of imaging atmospheric-Cherenkov telescopes, studies blazars in the energy range between ~100 GeV and ~30 TeV. With its excellent sensitivity at these energies, and ever-deepening source exposures, VERITAS is in a position to probe distant blazars for clear absorption signatures in their very-high-energy gamma-ray spectra due to interactions with the extragalactic background light (EBL). We discuss results from recent VERITAS observations of PG 1553+113 (z &gt; 0.4) which have resulted in the most significant very-high-energy detection ever obtained for this source. The most recent VERITAS spectral measurements are used to place an upper limit on the source redshift of z &lt; 0.5 at the 95% confidence level. Also discussed are the prospects of using these observations, along with those of other hard- spectrum blazars, to place constraints on the EBL.

研究动机与目标

• 利用 VERITAS 观测测量 BL Lac 类型源 PG 1553+113 的甚高能（VHE）伽马射线能谱。
• 基于其红移值不确定（尽管已有 z > 0.4 的下限）的情况，利用观测到的 VHE 能谱约束该源的红移。
• 评估 PG 1553+113 作为探测河外背景光（EBL）的工具的潜力，通过伽马射线吸收效应实现。
• 通过将该源的 VHE 能谱指数与低能段的 Fermi-LAT 数据进行比较，评估其在 EBL 研究中的适用性。

提出的方法

• VERITAS 在 2010 年 5 月至 2011 年 5 月期间，以 0.5° 的源偏移角采用 wobble 模式对 PG 1553+113 进行了 50 小时有效观测时间的观测。
• 利用每晚的闪光器运行对成像大气契伦科夫望远镜数据进行定标，并通过单个像素的信噪比裁剪对数据进行清理。
• 从清理后的图像中提取希尔拉斯参数，并通过立体重建方法重建簇射方向和核心位置。
• 利用针对时间与季节特异的蒙特卡洛模拟进行能量重建，估算伽马射线能量。
• 通过使用七个背景区域的反射区域法实现背景抑制，检测显著性采用 Li & Ma（1983）提出的检验统计量计算。
• 通过将观测到的 VHE 能谱与 EBL 吸收的理论模型进行比较，推断其本征谱指数，假设其为幂律形式且在 300 GeV 以上无本征硬化。

实验结果

研究问题

• RQ1 VERITAS 在为期 12 个月的时间内测量的 PG 1553+113 的甚高能伽马射线通量和谱指数是多少？
• RQ2 在真实距离不确定的情况下，能否利用观测到的 VHE 能谱为 PG 1553+113 建立一个稳健的红移上限？
• RQ3 PG 1553+113 的 VHE 能谱中观测到的谱形软化在多大程度上可归因于河外背景光（EBL）的吸收？
• RQ4 与已知的其他 VHE 类星体相比，PG 1553+113 在约束 EBL 强度和谱形方面表现如何？

主要发现

• VERITAS 对 PG 1553+113 实现了 39σ 的检测显著性，为迄今对该源最显著的 VHE 检测结果。
• PG 1553+113 的时间平均 VHE 能谱在 175 GeV 至 500 GeV 范围内可良好地用幂律描述，谱指数为 Γ = 4.41 ± 0.14。
• 2010 年和 2011 年间 200 GeV 以上的积分通量一致，未显示出年度变化的证据。
• 在假设 300 GeV 以上无本征谱硬化的情况下，PG 1553+113 的红移上限为 z < 0.5（95% 置信水平）。
• 结合已知的 z > 0.4 下限，该结果将红移限制在 0.4 < z < 0.5 范围内，使 PG 1553+113 成为 EBL 研究的优选候选体。
• PG 1553+113 在 VERITAS 目录中被列为约束 EBL 最有效的源之一，其 α = 1.8–2.1 × 10⁻³ Mpc⁻¹ 的值表明其对 EBL 强度具有强敏感性。