用ARGO实验寻找GeV~TeV能区的γ射线暴

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γ射线暴是来自宇宙空间的γ射线在短时间内猛烈爆发的一种现象。自1967年美国的军事卫星Vela首次发现这种现象以来,γ射线暴一直是天文学界最神秘的现象之一。为此,许多卫星实验和地面实验投入到了γ射线暴的研究工作中。到目前为止,卫星实验已观测到4000多个γ射线暴,其理论研究也获得了一些突破性的进展,但有关γ射线暴的一些基本问题(如γ射线暴的起源是什么?γ射线暴的产生机制是什么?)还存在激烈的争论。   40多年来,探测到的γ射线暴都在keV~MeV能区,而EGRET和Fermi也只观测到几个有GeV光子辐射的γ射线暴。为得到γ射线暴不同能段的完整图像,探测GeV~TeV能区的γ射线辐射是非常重要的;同时观测GeV~TeV能区的γ射线暴,可为其起源和产生机制带来重要的信息,并对γ射线暴的理论模型加以检验。   位于西藏羊八井的ARGO实验,由于其覆盖率大、视场宽、观测周期长、探测阈能低等优点,使得ARGO实验在探测γ射线暴方面比目前其它地面宇宙线观测实验有着更高的灵敏度。本文模拟计算了ARGO实验探测E>10GeVγ射线暴的最低流强,得到对红移小(z<0.5)、流强大(大于10-5erg.cm-2.s-1)的γ射线暴,ARGO实验有一定的灵敏度,这表明利用ARGO实验寻找γ射线暴不是不可能的。   本文利用ARGO实验在2006年6月-2008年12月期间采集的数据,与进入ARGO视场(在羊八井观测站的天项角θ<45°)的32个卫星γ射线暴,在GeV~TeV能区进行了伴随γ射线暴的符合寻找。在利用Shower数据寻找E>10GeV的伴随暴时,显著性最高的是与GRB081102B符合寻找中的一个事例团,其作为本底涨落的几率为5.2×10-7,相当于高斯分布的4.88σ;有趣的是,在利用Scaler数据寻找E>1GeV的伴随暴时,显著性最高的也是与GRB081102B符合寻找中的一次试验,其显著性为5.34σ。文中对Shower数据与Scaler数据寻找γ射线暴的结果进行了符合、讨论。   遗憾的是,在考虑试验次数后,文中所得显著性较高事例团的超出都不足以认定为γ射线暴。考虑河外背景的吸收效应后,估算了在95%置信水平下,ARGO实验探测γ射线暴所需要的流强上限(文中考虑了γ射线暴的持续时间、能谱指数、红移、天顶角等因素的影响)。当γ射线暴的能谱指数α取2.5、红移z取0时,流强上限可低达10-6erg.cm-2。
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