A detailed study of the gamma-ray supernova remnant RX J1713.7-3946 with H.E.S.S

Abstract

The H.E.S.S. telescope system -- an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes situated in Namibia -- aims at exploring non-thermal processes in the universe by means of very-high-energy (VHE) gamma rays. Its large field of view combined with unprecedented sensitivity enables detailed spectral and morphological studies of extended VHE gamma-ray sources. The shell-type supernova remnant RX J1713.7-3946 is such a source. It is located in the Galactic plane, constellation scorpius, and has a diameter of 1 degree. H.E.S.S. observations of this source were conducted in 2003, 2004, and 2005. A thorough discussion of the methodology of the analysis of (extended) VHE gamma-ray sources is given. The systematic uncertainties involved in different stages of the analysis are explored. Detailed morphological and spectral studies reveal the VHE aspects of RX J1713.7-3946. Gamma rays are detected throughout the whole remnant. The emission resembles a shell structure strikingly similar to the X-ray image. The differential gamma-ray spectrum is measured over a large energy range, no spatial variation is found. The data recorded in three different years are in good agreement. The origin of the gamma-ray emission is discussed for a leptonic and a hadronic scenario. The latter case is favoured, but no decisive conclusion can be drawn

H.E.S.S. ist ein Experiment zur Messung hochenergetischer Gammastrahlung. Es besteht aus vier abbildenden Cherenkov Teleskopen und wird im Khomas Hochland in Namibia betrieben. Das grosse Gesichtsfeld und die hohe Empfindlichkeit der Teleskope sind sehr gut dafür geeignet, ausgedehnte Quellen kosmischer Gammastrahlung zu beobachten. Der Supernova Überrest RX J1713.7-3946, der sich im Sternbild des Skorpion befindet, ist solch eine Quelle. Beobachtungen mit H.E.S.S. wurden in den Jahren 2003, 2004 und 2005 durchgeführt. Vor den Ergebnissen wird die Datenanalyse Schritt für Schritt erklärt. Es wird sowohl die Methodik der Analyse ausgedehnter Quellen hochenergetischer Gammastrahlung diskutiert, als auch systematische Fehler abgeschätzt. Schliesslich werden die Ergebnisse der Analyse präsentiert. Alle Regionen des Überrests emittieren Gammastrahlung. Das Bild zeigt eine schalenartige Struktur mit stärkerer Emission von der Nord-West Seite und ähnelt stark der Messung im Röntgenbereich. Das Spektrum wurde über einen sehr grossen Energiebereich gemessen, die Form des Spektrums variiert nicht in verschiedenen Regionen von \\rxj. Im Vergleich liefern die verschiedenen Datensätze, aufgenommen in drei Jahren, kompatible Ergebnisse. Der Ursprung der Gammastrahlung wird innerhalb eines leptonischen und eines hadronischen Szenarios diskutiert. Letzteres passt eher zu den Daten, definitive Schlüsse lassen sich jedoch nicht ziehen