来自 LS 5039 的超过 100 TeV 伽马射线的轨道调制

摘要

伽马射线双星是由一个致密天体围绕一颗大质量伴星运行组成的系统。这两个天体之间的相互作用可以驱动相对论性外流，无论是喷流还是星风，其中粒子可以被加速到达到数百太电子伏特（TeV）的能量[1–4]。然而，关于粒子在这些天体中加速的具体位置和物理条件，以及质子是否最终能被加速到 PeV 能量，仍然存在争议。在已知的伽马射线双星中，LS 5039 是一个高质量X射线双星（HMXB），轨道周期为3.9天，已被高能立体视望远镜系统（H.E.S.S.）观测到高达 TeV 能量[5, 6]。在这项工作中，我们展示了利用高海拔水切伦科夫（HAWC）天文台获得的 LS 5039 的新观测结果。我们的数据显示，LS 5039 的伽马射线谱延伸至 200 TeV，没有明显的光谱截止。此外，我们以4.7σ的置信水平确认，2 TeV 到 118 TeV 之间的发射受到系统轨道运动的调制，这表明这些光子很可能在双星轨道内部或附近产生，在那里它们会受到恒星光子的吸收。在轻子情景中，HAWC探测到的最高能量光子可以由约 200 TeV 的电子通过逆康普顿散射恒星光子产生，这将需要在 LS 5039 内部运行一个极其高效的加速机制。或者，强子情景可以通过质子-质子或质子-伽马碰撞来解释数据，其中质子被加速到拍电子伏特（PeV）能量。