[論文レビュー] A new activity phase of the blazar 3C 454.3. Multifrequency observations by the WEBT and XMM-Newton in 2007-2008

C. M. Raiteri, M. Villata+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 63

ひとこと要約

本研究では、2007–2008年のブラーざる3C 454.3の多周波数観測を報告する。XMM-NewtonによるX線データ、光学、近赤外、電波の光度曲線を統合し、内因的変動に加えてジェットの向きの変化が支配的である複雑な複数ピークの噴出を明らかにした。主な発見は、源のフラックス行動を駆動するのは、内因的変動に加えてジェットの向きの変化であることであり、これには相関する光学・電波変動、ミリ波長の噴出、および降着円盤からの熱放射に起因する軟X線スペクトルの曲がりが裏付けている。

ABSTRACT

We present and analyse the WEBT multifrequency observations of 3C 454.3 in the 2007-2008 observing season, including XMM-Newton observations and near-IR spectroscopic monitoring, and compare the recent emission behaviour with the past one. In the optical band we observed a multi-peak outburst in July-August 2007, and other faster events in November 2007 - February 2008. During these outburst phases, several episodes of intranight variability were detected. A mm outburst was observed starting from mid 2007, whose rising phase was contemporaneous to the optical brightening. A slower flux increase also affected the higher radio frequencies, the flux enhancement disappearing below 8 GHz. The analysis of the optical-radio correlation and time delays, as well as the behaviour of the mm light curve, confirm our previous predictions, suggesting that changes in the jet orientation likely occurred in the last few years. The historical multiwavelength behaviour indicates that a significant variation in the viewing angle may have happened around year 2000. Colour analysis reveals a complex spectral behaviour, which is due to the interplay of different emission components. All the near-IR spectra show a prominent Halpha emission line, whose flux appears nearly constant. The analysis of the XMM-Newton data indicates a correlation between the UV excess and the soft-X-ray excess, which may represent the head and the tail of the big blue bump, respectively. The X-ray flux correlates with the optical flux, suggesting that in the inverse-Compton process either the seed photons are synchrotron photons at IR-optical frequencies or the relativistic electrons are those that produce the optical synchrotron emission. The X-ray radiation would thus be produced in the jet region from where the IR-optical emission comes.

研究の動機と目的

• 2007–2008年の新しい活発期におけるブラーざる3C 454.3の多周波数変動を調査すること。
• 観測されたフラックス変動を支配するのは、ジェットの向きの変化か、内因的放射過程かを特定すること。
• 光学・電波相関と遅延を分析し、ジェット幾何学的進化を推定すること。
• ミリ波長光度曲線の挙動と光学・X線の噴出との関係を調査すること。
• 近赤外スペクトルとX線スペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、ジェット、幅広い線領域、降着円盤からの寄与を区別すること。

提案手法

• 全地球ブラーざる望遠鏡（WEBT）を用いて、電波、光学、近赤外帯域で多周波数モニタリングが実施された。
• XMM-Newtonが高時間分解能のX線観測を提供し、軟X線バンドのスペクトル解析が可能になった。
• XMM-Newtonのポイント観測時刻における全バンドSEDを構築し、他の状態と比較することでスペクトル変動を評価した。
• EPICスペクトルに追加の吸収を含めた二重パワーロー法フィッティングを適用し、軟X線スペクトル曲がりをモデル化した。
• 時間遅延と光学・電波相関を分析し、ジェットの向きの変化を推定した。
• 長期間の変動傾向を評価するため、初めて歴史的ミリ波長光度曲線が整備された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2007–2008年の観測された光学およびミリ波長の噴出は時間的に相関しており、ジェット活動に起因する共通の起源を示唆するか？
• RQ2 ジェットの向きの変化が、特に8 GHz未満の周波数でフラックス増加が消失する現象をどの程度説明できるか？
• RQ3 軟X線スペクトルはフラックスとともにどのように変化するか？ これは降着円盤からの熱的成分の存在を何を示唆するか？
• RQ4 連続スペクトルの変動とは対照的に、近赤外スペクトルにおけるHα線の発光線強度が安定しているのはなぜか？ これはジェットの光電離とは分離していることを示唆するか？
• RQ5 X線フラックスと光学フラックスは相関しているか？ これは逆コンプトン放射がシンクロtron放射領域の相対的位置にどのように関係しているかを示唆するか？

主な発見

• 2007年7月–8月に複数ピークの光学噴出が発生し、2007年11月–2008年2月にかけても急速なイベントが複数回観測され、内因的変動が伴った。
• 2007年中頃にミリ波長の噴出が開始され、その上昇段階は光学の明るみと同時進行であった。これはジェット活動に起因する共通の起源を示唆している。
• より高い電波周波数（8 GHz以上）でのフラックス増加は遅く、8 GHz未満には拡張しなかった。これはジェットの向きまたはビーミングパターンの変化を示唆している。
• 軟X線スペクトルは凹型を示し、フラックスが低下するにつれてより曲がりが強くなった。これはジェットの明るいコアを観測していた状態から、降着円盤からの熱的「ビッグブルーブーム」をより多く観測する状態に移行したことを示している。
• X線フラックスと光学フラックスは強く相関しており、同じ相対論的電子が光学シンクロtron放射を生成すると同時に、シード光子を逆コンプトン散乱でX線に変換していることを示唆している。
• 近赤外スペクトルにおけるHα発光線の等価幅はほぼ一定（50–120 Å）であり、幅広い線領域は変動するジェットによって光電離されていないが、降着円盤からの熱放射によって駆動されている可能性が高い。