[論文レビュー] A first joint M87 campaign in 2008 from radio to TeV gamma-rays

Robert Wagner, M. Beilicke+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 9, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、M87における最初の連携的多波長キャンペーン（2008年）を報告する。VHEガンマ線（H.E.S.S.、MAGIC、VERITAS）、X線（チャンドラ）、および43 GHz VLBA電波観測を統合した。2008年2月に顕著なVHEガンマ線フレアが検出され、これはX線コア活動の増加と、内側ジェットで極めてまれな強力な電波フレアと一致しており、VHE放射がHST-1に局在化するモデルに疑問を呈し、コア起源の可能性を示唆している。

ABSTRACT

M87, the central galaxy of the Virgo cluster, is the first radio galaxy detected in the TeV regime. The structure of its jet, which is not pointing toward the line of sight, is spatially resolved in X-ray (by Chandra), in optical and in radio observations. Time correlation between the TeV flux and emission at other wavelengths provides a unique opportunity to localize the very high energy gamma-ray emission process occurring in AGN. For 10 years, M87 has been monitored in the TeV band by atmospheric Cherenkov telescopes. In 2008, the three main atmospheric Cherenkov telescope observatories (H.E.S.S., MAGIC and VERITAS) coordinated their observations in a joint campaign from January to May with a total observation time of approx. 120 hours. The campaign largely overlapped with an intensive VLBA project monitoring the core of M87 at 43 GHz every 5 days. In February, high TeV activities with rapid flares have been detected. Contemporaneously, M87 was observed with high spatial resolution instruments in X-rays (Chandra). We discuss the results of the joint observation campaign in 2008.

研究の動機と目的

• M87の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の起源を解明するために、複数の機器を用いたVHEガンマ線、X線、電波観測を連携する。
• 特にHST-1およびコアの内側領域での活動と、VHEガンマ線フレアの空間的・時間的相関を調査する。
• VHE、X線、電波バンドでの変動を比較することで、特にまれな強力な電波フレアの際のVHE放射モデルを検証する。
• 多バンド変動パターンに基づき、VHE放射がコア、HST-1、またはより広範なジェット構造から発生するかを特定する。
• 同時多バンド光曲線および変動 timescales を用いて、放射領域のサイズと位置に関する制約を強化する。

提案手法

• 2008年1月から5月にかけて、3台の大気チェレンコフ望遠鏡（H.E.S.S.、MAGIC、VERITAS）を用いた120時間にわたる連携的VHEガンマ線観測キャンペーンを実施した。
• HST-1（内側ジェット Knot）およびコアのX線放射の変動をモニタリングするため、チャンドラX線宇宙望遠鏡と観測を同期化した。
• 43 GHzでのVLBA観測を用い、5日ごとにM87コアおよび内側ジェットを高分解能（0.1ミリアーキセンド以下）でモニタリングし、約140シュバルツシルト半径以内の構造を解像した。
• 電波、X線、VHEガンマ線バンドの光曲線を分析し、異なる波長帯でのフレアの時間的相関を探索した。
• 統計的有意性テスト（例：MAGICでは5.6σ）を適用し、短時間スケール（例：1日）でのVHEガンマ線変動を同定・定量した。
• 相対論的ジェット内でのレプトン的およびハドロン的VHE放射メカニズムの理論的モデルと、観測された多バンド変動を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M87のVHEガンマ線放射は、X線コアまたはHST-1ジェット Knotのフレア活動と相関しているか？
• RQ2 2008年2月に観測されたVHEガンマ線フレアは、VLBAによって観測された内側ジェットでの顕著な電波フレアと一致しているか？
• RQ3 観測された多バンド変動は、VHE放射領域の空間的位置（例：コア対HST-1）を制約できるか？
• RQ4 2008年の観測は、2005年にHST-1がX線噴出期にあった際のVHEフレアとどのように比較できるか？
• RQ5 2008年に観測された電波フレア（43 GHzで記録された最高の放射度に達した）は、新しい放射メカニズムの兆候か、極めてまれな出来事象を示唆しているか？

主な発見

• MAGICによる2008年2月の強いVHEガンマ線フレアが検出され、350 GeV以上のエネルギー領域で1日以下の時間スケールでの変動が5.6σの有意性で確認された。
• VHEフレア発生時、HST-1からのX線放射は低状態にあったが、2005年のフレアとは対照的に、HST-1が高X線状態にあった2005年とは対照的であった。
• 2008年2月にM87のX線コアは、チャンドラで測定された中で最高の放射度に達し、VHEフレアの数日後に観測された。
• VLBA観測により、コア領域（r = 1.2 mas）の電波放射度が連続的に増加し、過去10年間で観測された43 GHzのM87のどの観測よりも高い放射度に達した。
• 2008年の電波フレアは、振幅および時間スケールの両面で前例のないものであり、ジェット基部での極めてまれまたは極端な活動を示唆している。
• VHEフレアとHST-1 X線活動との相関がない一方で、コアX線および電波フレアが観測されたことから、VHE放射がHST-1に局在化するモデルはより不確実になった。