ARGO-YBJ 实验对银河系内甚高能伽马射线源观测结果介绍

陈松战中科院高能物理研究所

中国物理学会高能物理分会@武汉， 2014年 4月 20日

内容内容 1. 1. 伽玛射线源观测现状伽玛射线源观测现状 2. 2. ARGO-YBJARGO-YBJ 实验介绍实验介绍 3. 3. 北天区伽马射线扫描北天区伽马射线扫描 4. 4. 河内伽玛射线源观测河内伽玛射线源观测 5. 5. 总结总结 6. 6. 展望展望

甚高能 (>100GeV) 伽玛射线，新的天文窗口，示踪相对论性粒子加速 , 探究极端天体物理条件下的物理现象。 (1989-(1989- 至今至今 ) 150) 150 甚高能伽马源 : : 河内河内 : : 脉冲星风云、超新星遗迹、脉冲星风云、超新星遗迹、 XX射线双星射线双星 河外：活动星系核、星爆星系河外：活动星系核、星爆星系

1. 1. 伽玛射线源观测现状伽玛射线源观测现状

脉冲星风云脉冲星风云

A&A 548, A46 (2012)

时间演化 空间演化

超新星遗迹超新星遗迹

Science 339, 807 (2013)

年轻的SNR

中年或老的 SNR

X 射线双星

IACTs, 如 H.E.S.S., VERITAS, MAGIC, CANGAROO 视场 3~5deg ，工作时间 ~10% ， 无法大天区扫描，无法观测大扩展源，无法长期连续观测 EAS 阵列，如 Tibet, Milagro, ARGO-YBJ ， 大视场 ~2sr ，全天侯 ~100%

ARGO-YBJ

VERITAS

HESS

MAGIC

FOV

TeV 伽马射线探测手段

4300m a.s.l.

Tibet/China

RPC

111 m

8 Strips (6.5 x 62 cm2) for each Pad

78 m

99 m

74 m

(43 m2)1 CLUSTER = 12 RPC

10 Pads (56 x 62 cm2)for each RPC

Num

ber o

f Fire

d St

rips

2. ARGO-YBJ 2. ARGO-YBJ 探测器探测器

有效运行时间有效运行时间 运行时间 : 2007 年 11 月至 2013 年 2 月 有效曝光时间有效曝光时间 : 1670 天 平均占空比 86%

月影监测数据质量月影监测数据质量Npad>100, 86 s.d.

角分辨率

10 s.d. 每月

标准烛光 标准烛光 Crab NebulaCrab Nebula

0.3-20 TeV 能谱测量与其他实验结果较好吻合 Npad>100, 角分辨率 0.7 度。 5 年累积灵敏度 24% Crab

PSFSED

3. 3. 全天区扫描结果全天区扫描结果 6 个源 >5 σ,4 个河内源 5 hotspots ， 4 个在银道面

b= ±5º

σ=1.02

Mean=0.002

内银道面内银道面Circles TeV sources

Stars GeV sourcesJ1912+1026J2031+4157 J1907+0627 J1839-0627

J1910+0720 J1841-0332

J2021+4038Npad>20

Npad>100

ARGO-YBJARGO-YBJ 星表星表

ApJ 779:27 （ 2013 ）

Upper limitUpper limit

ApJ 779:27 （ 2013 ）

北天区观测伽马射线能量 0.64-2.4 TeV

在北天区给出目前世界上最好的流强上限， 9%-44% Icrab

4. Cygnus Cocoon4. Cygnus Cocoon认证了 ARGO J3031+4157为 Cygnus Cocoon ，第一个发现伽马射线的 SuperbubbleIACT 无法测量！强子起源，强子能量 1.5x1050 ergs ， Ec=150TeV

To be submitted to ApJ

Science 334, 1103 (2011)

Mystery MGRO J2019+37Mystery MGRO J2019+37

MGRO J2019+37 80% Icrab@12TeV.在 TeV 消失 变源？ 特殊能谱结构？

ApJL 745 ： L22 （ 2012 ）

ApJL 658 ： L33 （ 2007 ）

Milagro

12TeV

ARGO-YBJ 1TeV

MGRO J2019+37?MGRO J2019+37?

Fermi >10GeV (4 years data)

XMM-newton 0.3-10keV

INTEGRAL IBIS 20-200keV (10 years data)

arXiv:1403.6338(2014)

扩展源观测扩展源观测 MGRO J1908+06 ， PWN ，流强为 0.7

Icrab ，为 IACT 3~4 倍 HESS J1841-055 ，未认证源，流强为

1.3 Icrab ，为 HESS 3.2±0.4 倍 HESS J1912+101 ， PWN ，流强为

0.23 Icrab ，为 HESS 2.5±0.8 倍 .

ApJ 760:110 (2012)

ApJ 767:99 （ 2013 ）ApJ 779:27 （ 2013 ）

ARGO ARGO J1910+0720J1910+0720

临近 HESS J1908+063 MGROJ1908+06 SWIFT J1910.8+0739 大质量 X 射线双星 7kpc period=4.4day

新源 or 涨落！

HESS

ARGO-YBJ

银道面弥散伽马辐射银道面弥散伽马辐射

宇宙线与星系际气体和辐射场作用产物 . 可能有暗物质湮灭贡献 .

Inverse Compton Inverse Compton 00-decay-decay

BremsstrahlungBremsstrahlung

空间结构测量空间结构测量

能谱测量能谱测量

首次在 TeV 能区测量到弥散伽马信号！ To be submitted to ApJ

5. 5. 总结总结 ARGO-YBJ 连续稳定运行 5 年，积分灵敏度为24%~1Crab ，对北天区扫描，观测到 6 个 TeV 源和 5 个候选，对北天区扫描给出目前世界上最好的流强上限。 认证 ARGO J3031+4157, 这可能是首个 TeV superbubble 伽马射线源。 对 0.3 度以上扩展源观测都明显高于 IACT ，说明 IACT 在观测扩展源时有明显低估现象。 首次对内银道面的 TeV 辐射给出测量 。 ARGO-YBJ 观测结果显示了大视场、全天候探测器在伽马天文观测中的重要作用，目前唯一不足的就是灵敏度。

Past EAS arrays (before 2014) Tibet ASr: 1990-2008 Milagro: 1999-2008 ARGO-YBJ: 2006-2013 50~200% Icrab

Nearly future EAS arrays (~2014) Tibet ASr+MD, HAWC ~10% Icrab

Future EAS arrays (~2018?) LHAASO ~1% Icrab, 0.3~1000 TeV

~100% Icrab

~10% Icrab

~1% Icrab

6. 6. 展望展望

河内伽马射线源展望能量 >30TeV 打开一个新的窗口，对SNR 、 PWN 的认识会更深刻、更全面。发现扩展度比较大的扩展源，可能发现新的种类源。对银道面在 10TeV 以上弥散给出细致结构测量，研究宇宙线起源空间分布。对变源 X 射线双星给出完整的周期测量。