[論文レビュー] A complete sample of LSP blazars fully described in $γ$-rays. New $γ$-ray detections and associations with Fermi-LAT

B. Arsioli, G. Polenta|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 51被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、104個の明るい電波選択低シンクロトロンピーク（LSP）ブラーざを対象とした7.5年間のフェルミ-LAT解析を実施し、6つの新しいγ線検出を特定し、位置精度を向上させた結果、3つの以前未同定の3FGL源をLSPブラーざと関連づけた。多くの「γ線非検出」とされるLSPブラーざは、実際には一時的なフレアを示しているか、感度限界以下に位置しており、真に検出不能であるわけではないことが判明した。コンプトン支配度（CD）はlog(CD) ≈ 0.1を中心としてガウス型の分布を示しており、平均的にはシンクロトロン放射と逆コンプトン放射のピーク放射率がほぼ等しいことを示している。

ABSTRACT

We study the $γ$-ray and broadband spectral energy distribution (SED) properties of a complete sample of 104 bright, radio-selected low-synchrotron peaked (LSP) blazars. Most of the sources have already been detected in the $γ$-ray band by Fermi-LAT, however almost 20% of these blazars have no counterpart in any of the Fermi catalogs so far. Using the Fermi Science Tools, we look for $γ$-ray emission for those objects not yet reported in any Fermi-LAT catalog. We performed a binned likelihood analysis in the 0.3-500 GeV energy band with Fermi-LAT Pass 8 data, integrating over 7.5 years of observations. We studied $γ$-ray light curves and test statistic (TS) maps to validate new detections and associations. We fit the synchrotron (Syn) and inverse Compton (IC) components for all sources using all available historical data, enhancing the study of Syn to IC peak-power correlations. We derive the distribution of the Compton dominance (CD) along with population properties such as Syn and IC peak power, and frequency distributions. We deliver a unique characterization in $γ$-rays for a complete sample of LSP blazars. We show that three previously unidentified 3FGL sources can be associated with blazars when using improved $γ$-ray positions obtained from TS maps. Six previously unreported $γ$-ray sources are detected at TS>20 level, while another three show TS values between 10-20. We evaluate two cases in which source confusion is likely present. In four cases there is no significant $γ$-ray signature, however short-lived flares have been detected in these sources. Finally, the log(CD) has a Gaussian-like distribution with median log(CD)=0.1, implying that on average the peak-power for the Syn and IC components in LSP blazars are similar.

研究の動機と目的

• フェルミ-LATカタログにまだ検出されていない104個の明るい電波選択LSPブラーざにおけるγ線放射を同定すること。
• 高解像度のテスト統計量（TS）マップを用いて、以前未同定の3FGL源の関連性に生じる曖昧さを解消すること。
• 全サンプルにわたる広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）およびコンプトン支配度（CD）を特徴づけること。
• 一時的フレア活動が、見かけ上γ線非検出とされる要因を説明する役割を果たすかを調査すること。
• 変動がCDに与える影響を評価し、SSC（自己コンプトン）とEC（外部コンプトン）放射メカニズムのどちらが支配的かを検討すること。

提案手法

• 0.3–500 GeVエネルギー帯域における7.5年間のフェルミ-LAT Pass 8データを用い、バッチ化された尤度解析を実施した。
• 新しい検出の妥当性と源の変動性を評価するために、テスト統計量（TS）マップとγ線光度曲線を用いた。
• 電波からGeV帯のγ線に至るまでの範囲で、シンクロトロン放射および逆コンプトン（IC）放射成分をモデル化するため、多波長SEDフィッティングを適用した。
• TSマップから得られた改良されたγ線源位置を用いて、以前未同定の3FGL源をLSPブラーざと関連づけた。
• コンプトン支配度（CD = L_IC / L_Syn）を測定し、サンプル全体にわたるその分布を分析した。
• 時間分解解析を用いて、高速γ線変動がCD値に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミ-LATカタログに未検出のLSPブラーざは、γ線データの深さと長期的な分析によって同定可能か？
• RQ2 『γ線非検出』とされるLSPブラーざは、一時的フレア状態において実際に検出可能なγ線放射を示すか？
• RQ3 完全なLSPブラーざサンプルにおけるコンプトン支配度（CD）の統計的分布は何か？ これは、支配的放射メカニズムに何を示唆するか？
• RQ4 高速γ線変動は測定されたコンプトン支配度にどのように影響を及ぼすか？ また、変動インデックスは高CD状態を信頼できるプロキシとして使用可能か？
• RQ5 SEDフィッティングの結果は、明るいLSPブラーざにおいて、シンクロトロン自己コンプトン（SSC）または外部コンプトン（EC）モデルをどの程度支持するか？

主な発見

• TS > 20の6つの新しいγ線源が検出され、3つの追加源がTS 10–20の範囲にあった。これにより、以前未検出の放射が確認された。
• 高解像度のTSマップを用いて、3つの以前未同定の3FGL源がLSPブラーざと正常に関連づけられた。
• 4つの源は7.5年間にわたり顕著なγ線放射を示さなかったが、そのうち2つの源で短時間のフレア（約1か月スケール）が検出された。
• log(CD)の分布はガウス型に近く、中央値は約0.1であった。これは、LSPブラーざにおいて平均的にシンクロトロン放射と逆コンプトン放射のピーク放射率がほぼ同等であることを示している。
• 3つの源で、高速γ線フレア中に高いlog(CD)値（静穏状態に比べて2桁以上大きい）が観測された。これは、変動に起因する放射率の強力な増幅を示唆している。
• log(CD)とγ線変動インデックスの間に強い相関は認められず、変動インデックスのみでは高CD状態を追跡するには不十分であることが示された。