[論文レビュー] Blazar Compton efficiencies: Fermi, external photons and the Sequence

J. A. Gupta, I. W. A. Browne+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、Fermi-LAT および CRATES データを用いて、外部光子がブレーザーにおけるガンマ線放射を強化するかどうかを、コンプトン効率（ジェットのエネルギーが逆コンプトン放射にどれほど変換されるかを測定する指標）を用いて分析する。その結果、FSRQ と BL Lacs の間でコンプトン効率に顕著な差は認められず、また同期磁場周波数と反相関関係も認められなかった。これは、外部コンプトン散乱が同期磁場自己コンプトン過程と比較してエネルギー的に重要でないことを示しており、ブレーザー・シーケンスの予測に反する。

ABSTRACT

The Fermi-LAT survey provides a large sample of blazars selected on the strength of their inverse Compton emission. We cross-correlate the first Fermi-LAT catalogue with the CRATES radio catalogue and use this sample to investigate whether blazar gamma-ray luminosities are influenced by the availability of external photons to be up-scattered. Using the 8.4 GHz flux densities of their compact radio cores as a proxy for their jet power, we calculate their Compton Efficiency parameters, which measure the ability of jets to convert power in the form of ultra-relativistic electrons into Compton gamma-rays. We find no clear differences in Compton efficiencies between BL Lac objects and FSRQs and no anti-correlation between Compton efficiency and synchrotron peak frequency. This suggests that the scattering of external photons is energetically unimportant compared to the synchrotron self-Compton process. These results contradict the predictions of the blazar sequence.

研究の動機と目的

• 外部光子の可用性が、特に FSRQ と BL Lacs の間でガンマ線全放射度に影響を与えるかどうかを検証すること。
• 外部コンプトン散乱が FSRQ において顕著になるという予測に基づくブレーザー・シーケンス仮説の妥当性を評価すること。
• ブレーザー・シーケンスが予測するように、コンプトン効率と同期磁場周波数の間に相関関係があるかどうかを特定すること。
• 弱い電波源を含む選択バイアスやサンプルの不完全性が結果に与える影響を評価すること。
• 明確に定義されたコンプトン効率パラメータを用いて、ジェットエネルギーがガンマ線にどれほど直接的に変換されるかをより直接的に測定すること。

提案手法

• Fermi-LAT 1FGL カタログと CRATES 電波カタログをクロス相関させ、ブレーザーの対応物を同定した。
• 8.4 GHz のコンactコア電波輝度をジェットパワーの代理として用い、コンプトン効率（ガンマ線全放射度とジェットパワーの比）を計算した。
• 光学スペクトル的特徴に基づいて、源を FSRQ と BL Lacs に分類した。
• FSRQ と BL Lacs の間でコンプトン効率の分布を分析し、同期磁場周波数との相関関係をテストした。
• 弱い電波源を除外することで選択バイアスの影響を評価し、結果に与える影響を検討した。
• 統計的分析を用いて、特に FSRQ 群内において、コンプトン効率と同期磁場周波数の間の反相関関係をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーザー・シーケンスが予測するように、FSRQ のコンプトン効率は BL Lacs と顕著に異なるか？
• RQ2 外部コンプトン散乱が支配的であるならば、コンプトン効率と同期磁場周波数の間に反相関関係があると予想されるが、そのような関係は存在するか？
• RQ3 不完全な電波調査による選択バイアスが、観測されたコンプトン効率分布にどれほど影響を与えているか？
• RQ4 観測された反相関の欠如が、特に FSRQ 群においてサンプル選択バイアスの影響を受けていないか、その堅牢性は確認できるか？
• RQ5 期待される相関関係が存在しないことは、外部コンプトン散乱がブレーザーのガンマ線放射においてエネルギー的に支配的でないことを示唆するか？

主な発見

• FSRQ と BL Lacs の間でコンプトン効率に顕著な差は認められず、外部光子が豊富に存在するため FSRQ がより高い効率を持つべきという予想とは矛盾する。
• コンプトン効率と同期磁場周波数の間に反相関関係は観測されず、これはブレーザー・シーケンスの核心的予測に直接反する。
• BL Lacs のみを対象とした分析では、コンプトン効率と同期磁場周波数の間に正の相関関係が観測された。これは、内部ジェット物理学に関する手がかりを示唆している可能性がある。
• 弱い電波源を除外した後でも、期待される反相関の欠如は依然として成立しており、これはサンプルの不完全性によるものではない可能性が高い。
• 結果から、外部コンプトン散乱はブレーザーのガンマ線放射においてエネルギー的に支配的ではないと示唆され、同期磁場自己コンプトン過程が支配的であると考えられる。
• これらの結果は、BL Lacs と FSRQ が物理的に異なる集団であるか、あるいはブレーザー・シーケンスの背後にある仮定を再考する必要がある可能性を示唆している。