[论文解读] VHE Observation of CTA 1 with VERITAS

Steven McArthur|arXiv (Cornell University)|Nov 10, 2011

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用 5

一句话总结

VERITAS 在 6σ 事后试验显著性水平下探测到复合超新星遗迹 CTA 1 的扩展甚高能（VHE）伽马射线辐射，该辐射在空间上与无射电脉冲星 PSR J0007+7303 及其 X 射线脉冲星风星云（PWN）重合。在 1 TeV 以上的初步积分通量为蟹状星云通量的 4%，与 PWN 来源一致，使 CTA 1 成为已知的 TeV/X 射线 PWN 源之一。

ABSTRACT

CTA 1 (G119.5+10.2) is a composite supernova remnant (SNR) with a shell-type structure in the radio band and a center filled morphology at X-ray energies. Fermi has detected a radio-quiet pulsar PSR J0007+7303 within the radio shell of CTA 1 in a blind search within its first months of operation. Located within an X-ray synchrotron pulsar wind nebula (PWN), the Fermi source is spatially coincident with the EGRET source 3EG J0010+7309. We present the the detection of the system in very-high-energy (VHE) gamma rays by VERITAS, with a preliminary comparison to other TeV-detected PWNe.

研究动机与目标

• 探测复合超新星遗迹 CTA 1 的甚高能（VHE）伽马射线辐射，该源为已知的 X 射线脉冲星风星云（PWN），并拥有费米望远镜发现的无射电脉冲星。
• 检验理论预测：由于 PSR J0007+7303 具有高脉冲星自转能耗和有利的能谱特性，其 PWN 应发射 VHE 伽马射线。
• 确定 VHE 辐射是否在空间上与脉冲星 PSR J0007+7303 及其 X 射线 PWN 关联，从而支持 TeV 辐射的 PWN 来源。
• 将 CTA 1 的 TeV 发光度与其它已知的 TeV/X 射线 PWN 源进行比较，评估其在 PWN 源整体群体中的位置。

提出的方法

• VERITAS 以 0.7° 偏移的 wobble 模式观测 CTA 1 约 26 小时，以容纳扩展的 PWN，使用 12 米成像大气契伦科夫望远镜阵列。
• 数据使用两组预先设定的伽马射线/强子簇射分离截断条件进行分析，这些条件针对弱信号和硬谱源进行了优化。
• 背景通过环形背景模型估算，采用平方角距离积分半径为 0.01 deg²（点源）和 0.055 deg²（扩展源）。
• 使用 Li & Ma 公式（17）计算超额检测的统计显著性，通过在 0.04°² 分箱内应用拖尾因子进行事后试验校正。
• 利用蟹状星云测量 VERITAS 的点扩散函数（PSF），并用于评估源的扩展程度。
• 进行能谱分析以估算 1 TeV 以上的积分通量，最终结果将发表于即将出版的论文中。

实验结果

研究问题

• RQ1 CTA 1 中与 PSR J0007+7303 关联的脉冲星风星云（PWN）是否存在可探测的 VHE 伽马射线辐射？
• RQ2 VHE 辐射的空间形态是否与脉冲星及其 X 射线 PWN 的位置一致？
• RQ3 1 TeV 以上 VHE 辐射的积分通量是多少？与蟹状星云相比如何？
• RQ4 CTA 1 的 TeV 发光度与其它已知的 TeV/X 射线 PWN 源相比如何，尤其是在自转能耗功率和特征年龄方面？
• RQ5 观测到的 VHE 辐射是否支持该源为年轻、高能 PWN 而非残余或无关辐射区的判断？

主要发现

• VERITAS 在约 26 小时的观测中，以 6.0σ 的事后试验显著性探测到 CTA 1 的 VHE 伽马射线辐射。
• VHE 超额辐射在空间上呈扩展状，中心位于 PSR J0007+7303 的位置，显著性轮廓与 X 射线 PWN 和脉冲星位置对齐。
• 1 TeV 以上的初步积分通量估计为蟹状星云通量的 4%，与年轻脉冲星风星云的预期一致。
• 该源的 TeV 发光度与 X 射线发光度之比使其位于已知 TeV/X 射线 PWN 源群体的中间位置，支持其 PWN 身份。
• 该源的位置和能谱特性与 PWN 来源一致，且辐射并非来自附近源或背景涨落。
• 该探测证实了理论预测：由于 PSR J0007+7303 具有高自转能耗，其脉冲星风星云在 VHE 能段应可被探测到。