[論文レビュー] Active galactic nuclei with GeV activities and the PeV neutrino source candidate TXS 0506+056

Neng-Hui Liao, Y. Xin+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、BlazarにおけるGeVガンマ線活動と高エネルギーニュートリノ放射の関連を調査し、IceCubeが検出したペブロンニュートリノの原因源とされるTXS 0506+056を焦点にしている。116個の明るいBlazarを分析した結果、強力なGeVフレアが重要な特徴であることが判明し、同様に活動的で硬スペクトルを持つ源からのニュートリノフレアをIceCubeデータで標的探索することを提案する。特に、複数のバンドで極めて顕著なGeV活動を示すTXS 0506+056は、PeVニュートリノ生成の観点から顕著である。

ABSTRACT

On 2017 September 22 the IceCube neutrino observatory detected a track-like, very-high-energy event (IceCube-170922A) that is spatially associated with TXS 0506+056, a quasar at a redshift of $z=0.3365$. This source is characterized by the increased acitivies in a very wide energy range (from radio to TeV) during these days. To investigate the possible connection of the PeV neutrino emission with the GeV activity of blazars, in this work we select 116 bright sources and analyze their lightcurves and spectra. We focus on the sources displaying GeV activities. Among these blazars, TXS 0506+056 seems to be typical in many aspects but is distinguished by the very strong GeV activties. We suggest to search for neutrino outburst in the historical data of IceCube, as recently done for TXS 0506+056, from the directions of these more energetic and harder blazars with strong GeV activities.

研究の動機と目的

• Blazarにおける高エネルギーGeVガンマ線活動と、高エネルギー銀河間ニュートリノの起源との相関を調査すること。
• 強い、硬スペクトルのGeVフレアを示すBlazar候補を特定し、それらがニュートリノフレアと一致する可能性を検討すること。
• 歴史的IceCubeデータが、過去のGeV活性Blazarと関連するニュートリノフレアを特定できるかを検証すること。
• PeVニュートリノ生成の文脈において、TXS 0506+056がGeV活性Blazarの中でいかに特異であるかを評価すること。
• 明るく硬スペクトルのBlazarにおける多波長活動に基づいて、将来の標的ニュートリノ探索のフレームワークを提供すること。

提案手法

• Fermi-LAT 4FGL-DR2カタログから116個の明るく、良好にモニタリングされたBlazarを選定し、光度曲線とスペクトル解析を詳細に実施する。
• 光度曲線とスペクトルエネルギー分布（SED）の解析により、特に高いエネルギー指数（光子指数 < 2.0）を持つ、顕著なGeV活動を示す源を特定する。
• TXS 0506+056のGeV活動を他のBlazarと比較し、放射度、スペクトルの硬さ、多波長変動の観点からその特異性を評価する。
• 歴史的Fermi-LATデータを用いて、TXS 0506+056のGeV光度曲線を再構築し、IceCube-170922Aニュートリノイベント発生時における高い活動状態を確認する。
• 統計的手法を用いて、同様またはより強いGeV活動を示す他のBlazarを同定し、将来のニュートリノ探索のターゲットとする。
• 選定された源の強力なGeVフレアの方向とタイミングを用いて、IceCubeデータにおける標的ニュートリノバースト探索を提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Blazarにおける強いGeVガンマ線フレアと高エネルギーニュートリノの検出との間に有意な相関があるか？
• RQ2 TXS 0506+056のGeV活動は、放射度、スペクトルの硬さ、多波長変動の観点から他の明るいBlazarと比べてどのように異なるか？
• RQ3 歴史的IceCubeデータを用いて、既知のBlazarの過去のGeVフレアと一致するニュートリノフレアを探索できるか？
• RQ4 TXS 0506+056以外にも、十分に強く硬スペクトルのGeV活動を示すBlazarは存在し、それらが将来のニュートリノ源候補として妥当か？
• RQ5 GeV活性Blazarの多波長挙動は、ニュートリノ生成の文脈で、レプトン的モデルとハドロン的モデルを区別する手がかりとなるか？

主な発見

• TXS 0506+056は、5.558 ± 0.188 × 10⁻⁸ ph cm⁻² s⁻¹の顕著なGeVフレアを示し、分析対象116個のBlazarの中で最も高い値の一つであった。
• 光子指数が1.943 ± 0.051に達する硬スペクトルを示しており、電子または陽子の高エネルギー集団が関与している可能性を示唆している。
• 多波長モニタリングにより、電波、可視光、X線、TeVバンドでも同期したフレアが確認され、ジェット内での共通の起源を支持する。
• 116個の源の中で、TXS 0506+056は一般的な性質では典型的であったが、GeV活動が極めて強く、PeVニュートリノ放射の主な候補とされる。
• 14個の他のBlazarが、5 × 10⁻⁸ ph cm⁻² s⁻¹を超えるGeV放射度と2.0未満の光子指数を示しており、将来的なニュートリノフォローアップの強力な候補であることが判明した。
• 著者らは、明るく硬スペクトルのBlazarにおける高エネルギーGeV活動と一致するニュートリノフレアをIceCubeデータで系統的かつ標的的に探索することを推奨する。