[論文レビュー] APEX sub-mm monitoring of gamma-ray blazars

S. Larsson, L. Fuhrmann+14 more|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2012

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

ひとこと要約

本研究では、アパツァン・テレスコープとLABOCAカメラを用いた345 GHzにおける最初の長期的サブミリ波長モニタリングを実施し、39個のうち38個の電波ブレーザーで極端な変動を確認した。結果は、サブミリ波長帯での変動が、より長波長のcm/mm帯よりも顕著で速やかであることを示しており、サブミリ波長の放射が高エネルギーのガンマ線放射と同様に、相対論的ジェットの非常にcompactな領域から発生していることを示唆している。これは、高周波数から低周波数へと伝搬するショック駆動型変動モデルを支持する。

ABSTRACT

So far, no systematic long-term blazar monitoring programs and detailed variability studies exist at sub-mm wavelengths. Here, we present a new sub-mm blazar monitoring program using the APEX 12-m telescope. A sample of about 40 gamma-ray blazars has been monitored since 2007/2008 with the LABOCA bolometer camera at 345 GHz. First light curves, preliminary variability results and a first comparison with the longer cm/mm bands (F-GAMMA program) are presented, demonstrating the extreme variability characteristics of blazars at such short wavelengths.

研究の動機と目的

• サブミリ波長帯、これはこれまでの研究で未開拓であったバンドにおいて、ブレーザー変動の最初の体系的長期モニタリングを開始すること。
• 345 GHzにおけるガンマ線ブレーザーの変動アーマチュアと時標を特定し、相対論的ジェットの最も内部領域を調べること。
• サブミリ波長帯での変動と高エネルギー（ガンマ線）放射との関係を調査し、ジェット放射メカニズムを制約すること。
• サブミリ波長放射が、cm/mm帯および高エネルギー放射と同一の物理的領域をトレースしているかどうかを評価すること、特にショック駆動型変動モデルの文脈で。
• 将来的なマルチバンドスペクトルエネルギー分布および変動のモデリングのための基礎的データセットを確立すること。

提案手法

• 観測はチリの5100 m標高のAPEX 12-mサブミリ波長望遠鏡を用い、345 GHz（870 μm）でLABOCAボロメーターカメラを用いて実施された。
• モニタリング計画では、1ソースあたり20〜35秒の積分を含むスパイラル観測モードを採用し、大気透過補正のためのスカイディップおよびキャリブレータ観測を補足した。
• 2007年以降に複数回の観測ブロックにわたりデータ収集が行われ、1ソースあたり2〜177回の観測が得られ、長期的な光度曲線の構築が可能になった。
• 変動はχ²検定を用いて測定ノイズによるものかを区別し、変動の大きさを定量化するためにモodulation index（m = 100 × rms/mean）が用いられた。
• 既存のF-GAMMAプログラムによるcm/mm帯データと比較し、スペクトルの進化と時間遅れを検討した。
• FSRQおよびBLLacを含む40個のガンマ線ブレーザーをモニタリングしたが、Mkn 501は顕著な変動が認められなかったため除外された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガンマ線ブレーザーにおけるサブミリ波長帯の固有変動レベルはどの程度であり、長波長のcm/mm帯と比べてどう異なるか？
• RQ2 サブミリ波長帯の変動と高エネルギー（ガンマ線）フレア活動との間に相関があるか。これは放射領域の同一位置にどのような含意をもたらすか？
• RQ3 観測されたサブミリ波長帯の変動特性は、特に高周波数から低周波数へとフレアが伝搬するショック駆動型変動モデルを支持するか？
• RQ4 サブミリ波長帯の変動アーマチュアは、cm/mm帯と比べてどの程度か。これは光学的厚さおよび放射領域のサイズに関するどのような含意をもたらすか？
• RQ5 サブミリ波長観測は、シンクロtron自己吸収と逆コンプトン過程のような異なる放射メカニズムを区別するのに役立つだろうか？

主な発見

• Mkn 501を除く全モニタリング対象源で顕著な変動が観測され、変動が測定ノイズによるものである確率が0.1%未満であった（χ²検定）。
• モodulation index（m）は10%から90%の間で変動し、中央値は31%、平均は37%であった。これはサブミリ波長帯で強い固有変動が存在することを示している。
• 多数の源で最小と最大の放射の間で10倍以上の変動が観測され、これは通常のcm/mm帯の変動アーマチュアを上回っていた。
• サブミリ波長帯での変動は、長波長帯よりも速く、高エネルギー放射とより直接的に相関していた。これは、サブミリ波長帯がジェットの最もcompactで高エネルギーな領域をプローブしていることを示唆している。
• 110 mmから1 mm、さらにはサブミリ波長帯へと変動アーマチュアが増加する傾向は、フレアがサブミリ波長帯でcm帯よりも早くプラトー期または減衰期に達しているという仮説を支持する。
• 結果から、サブミリ波長放射領域は、可視光およびガンマ線放射領域と同一空間に位置していると示唆され、変動が高周波数から低周波数へと伝搬するショックモデルと整合的である。