[論文レビュー] A Warning on the GeV-TeV Connection in Blazars

L. Costamante|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、Fermi-LATのGeVスペクトルをTeVバンドに外挿する際の信頼性について警告しており、特にマルチコンポーネント放射のため、VHEスペクトルがHEスペクトルよりもはるかに硬くなる可能性があるため、Blazarではその外挿が信頼できないと指摘している。研究では、Fermi-LATデータが内在的VHEスペクトルの堅牢な上限として用いられるべきでないことが示され、EBLおよび赤方偏移推定に関する一般的な仮定に挑戦している。

ABSTRACT

Fermi-LAT spectra at high energies (HE, 0.1-100 GeV) are often extrapolated to very high energies (VHE, >100 GeV) and considered either a good estimate or an upper limit for the blazars intrinsic VHE spectrum. This assumption seems not well justified, neither theoretically nor observationally. Besides being often softer, observations do indicate that spectra at VHE could be also harder than at HE, even when adopting the limit of Gamma=1.5. Results based on such straightforward GeV-TeV extrapolations are in general not reliable, and should be considered with caution.

研究の動機と目的

• Fermi-LATのGeVエネルギー帯におけるスペクトルが、Blazarにおける内在的VHEスペクトルの信頼できる上限として機能すると広く考えられている仮定に挑戦すること。
• 特に高エネルギーピークを持つBL Lacs（HBLs）において、VHEスペクトルがGeVスペクトルよりも硬くなるかどうかを調査すること。
• このようなスペクトル上昇が、銀河間背景光（EBL）モデル化および不確実な源のBlazarにおける赤方偏移推定に与える影響を評価すること。
• マルチコンポーネント放射の物理的性質を考慮すると、現在の1ゾーンSSCモデルおよびHEからVHEへの外挿手法が不十分であることを示すこと。
• EBLまたは赤方偏移制約のためのスペクトル外挿に依存する前に、Blazar放射メカニズムの理解を向上させることを提唱すること。

提案手法

• 複数のエポックにわたる既知のTeV Blazar（例：Mkn 501、PKS 2155-304、PKS 2005-489）の多波長SEDを分析し、スペクトル上昇または新たな成分を検出すること。
• EBL補正済みVHEデータ（例：VERITAS、H.E.S.S.）を用いて、内在的VHE光子指数とFermi-LAT HE指数を比較すること。
• 観測されたVHEスペクトル（例：1ES 0229+200ではΓ ≈ 1.5–1.6）が理論的期待値およびEBL吸収モデルと整合するかを評価すること。
• 複数の源においてFermi-LATスペクトル指数とVHEスペクトル指数を比較し、VHEスペクトルがHEスペクトルよりも硬くなる事例を同定すること。
• 1ゾーンSSCモデルが、活動的状態や長期的状態で観測されたマルチコンポーネントSEDを説明できない限界を評価すること。
• 観測された硬いスペクトルおよび理論的妥当性を踏まえ、内在的VHEスペクトルの基準として一般的に用いられるΓ = 1.5の限界が、信頼できる制約であるかを再評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermi-LATのGeVスペクトルが急峻であっても、Blazarの内在的VHEスペクトルがそのスペクトルよりも著しく硬くなる可能性はあるか？
• RQ2 Blazarジェット内でのマルチコンポーネント放射プロセスが、HEスペクトルがVHEに信頼性を持って外挿可能だとする仮定をどの程度無効にするか？
• RQ3 一般的に用いられるΓ = 1.5の限界が、内在的VHEスペクトルの制約として信頼できるものなのか、それともより硬いスペクトル（Γ < 1.5）が物理的に妥当である可能性はあるか？
• RQ4 100 MeV–10 TeVバンドにおけるスペクトル上昇が、Fermi-LATデータから導かれるEBLおよび赤方偏移制約の信頼性にどの程度影響を与えるか？
• RQ5 ジェット内に複数の放射成分が共存する状況では、1ゾーンSSCモデルがHEデータからVHE放射を信頼して予測できるか？

主な発見

• BlazarにおけるVHEスペクトルは、GeVスペクトルよりも著しく硬くなる可能性があり、1ES 0229+200のような源では、内在的光子指数がΓ ≈ 1.5–1.6に達する観測例がある。
• Fermi-LATのGeVエネルギー帯におけるスペクトルは、内在的VHEスペクトルの信頼できる上限として使えない。特にHEとVHEバンドがSEDのピークの反対側をカバーするHBLではその傾向が顕著である。
• 100 MeV–10 TeVバンドにおけるスペクトル上昇は観測的に妥当であり、Mkn 501のような例ではFermi-LATデータにもすでに存在している可能性があるが、まだ統計的に確認されていない。
• 特に活動的状態や長期的状態では、複数の放射成分の重ね合わせが凸型SEDを生じさせ、単純なパワーロー外挿が無効になる。
• 低EBL環境での硬いVHEスペクトルの観測は、それらが物理的に可能であることを示唆しており、同時HE-VHEデータで直接検出されていなくても成立する。
• 現在のEBL制約は、マルチコンポーネント物理をモデル化していないため、系統的に不確実であり、より信頼性の高いEBLモデルを用いて再評価する必要がある。