利用16年的Fermi-LAT数据，搜寻来自高光红外星系的GeV级辐射

《Journal of High Energy Astrophysics》：Search for GeV emission from luminous infrared galaxies with 16 years of Fermi-LAT data

系统分析16年Fermi-LAT数据，发现5个红外亮星系存在γ射线发射，其中IRAS 17578-0400达6.3σ显著水平，γ射线流量显著变化且超出红外光度关联预测值，可能源自活动星系核。NGC 2369和IC 4280信号强度超过5σ，但存在混淆源可能；IRAS 21101+5810和MCG+08-11-002显示有γ射线发射证据，为后续研究提供目标。

　　

商莉

安徽大学物理与光电工程学院，中国合肥230601

摘要

利用16年的Fermi-LAT数据，在300 MeV到500 GeV的能量范围内，系统地搜索了来自发光红外星系的γ射线辐射。首先，有5个星系的测试统计量（TS）大于16.0。在IRAS 17578-0400的位置检测到了一个显著的γ射线信号，其显著性约为6.3σ。γ射线通量在观测期间表现出显著的变异性。此外，γ射线亮度超过了γ射线亮度与总红外亮度之间的相关性所预测的值。γ射线辐射可能来源于IRAS 17578-0400中的活动星系核。在NGC 2369和IC 4280两个星系中也检测到了γ射线辐射，其显著性大于5σ。然而，由于有其他潜在的γ射线源与这两个星系在空间上重合，因此不能排除这些信号是由其他源引起的可能性。另外两个星系IRAS 21101+5810和MCG+08-11-002也显示出γ射线辐射的迹象，使它们成为未来研究的有希望的目标。

引言

Fermi-LAT已经在整个天空中探测到7000多个γ射线源（Atwood等人，2009年），其中最主要的类别是活动星系核（AGN）（Ballet等人，2023年）。AGN被认为是银河系外最常见的高能γ射线来源。此外，附近的恒星形成星系和恒星暴星系也是著名的外星系源，它们的GeV–TeV辐射已被识别出来（Abdo等人，2010年；Ackermann等人，2012年；VERITAS合作组，2009年）。到目前为止，已经探测到10多个恒星形成星系发出γ射线（Ajello等人，2020年；Ambrosone等人，2024年）。大多数这些星系的γ射线亮度与红外亮度之间存在强相关性（Ackermann等人，2012年；Ajello等人，2020年；Xi等人，2020年；Xiang等人，2023年），这被认为是γ射线辐射起源于宇宙射线的证据。此外，一些星系包含活动星系核或其他相关成分，这些成分可以贡献γ射线辐射。例如，UGC 11041的光变曲线表现出不同程度的变异性，其GeV亮度与两个经验关系有显著偏差，因此认为γ射线辐射主要由AGN主导（Peng等人，2019年）。

IRAS修订版亮星系样本（Sanders等人，2003年）包含了629个星系，其中超过200个是发光红外星系（LIRGs）。LIRGs是一类极端的恒星暴星系，其特征是总红外亮度高达$L_8\ge {10}^{11}{L}_{}$（Sanders和Mirabel，1996年）。这些星系表现出强烈的恒星形成活动，导致其中心区域的恒星形成率（SFRs）异常高。到目前为止，只有少数LIRGs被探测到发出γ射线。为了识别更多发出γ射线的LIRGs，本研究使用16年的Fermi-LAT数据进行了系统分析，排除了之前已检测到的源（Ambrosone等人，2024年；Ballet等人，2023年）。数据分析在第2节中描述，相应的结果在第3节中呈现，第4节提供了总结。

数据解析

数据分析

本研究使用了Fermi-LAT Pass 8数据（P8R3_ULTRACLEANVETO_V3）和Fermitools进行分析。数据集选自2008年8月4日至2024年8月4日（即任务经过时间（MET）范围为239557417?744479021），能量范围为300 MeV到500 GeV。为了减少地球边缘的干扰，排除了天顶角超过${90}^{}$的事件。应用了推荐的质量过滤条件（DATA_QUAL==1 && LAT_CONFIG==1）来确保数据集的质量。

结果

对于每个目标，根据Sanders等人（2003年）的位置添加了一个点源，并使用PL光谱模型。在整个300 MeV到500 GeV的能量范围内，对整个数据集进行了标准的分箱似然分析。只有5个目标的TS值大于16，包括IRAS 17578-0400、NGC 2369、IRAS 21101+5810、MCG+08-11-002和IC 4280，这些目标列在表1中。所有其他星系的TS值都低于16。对结果的讨论

总结

本文报告了对16年Fermi-LAT数据的系统分析，以搜索IRAS修订版亮星系样本（Sanders等人，2003年）中LIRGs的γ射线辐射。首次在五个LIRGs的方向上检测到γ射线辐射（显著性大于4σ）：IRAS 17578-0400、NGC 2369、IRAS 21101+5810、MCG+08-11-002和IC 4280。这一发现可能扩大了具有γ射线辐射的LIRGs的样本范围。

在IRAS的方向上检测到一个高度显著的γ射线信号

利益冲突声明

我没有任何需要声明的利益冲突。

致谢

本工作部分得到了国家自然科学基金（编号：12103001）和安徽项目（编号：Z010118169）的支持。