[論文レビュー] Blazars in Context in the Fermi Era

Justin D. Finke|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、フェルミ-LAT時代におけるブレーザー物理学の主な進展をレビューし、ブレーザー・シーケンス、LATデータにおけるスペクトル曲率、およびγ線放射領域の位置を焦点としている。1ゾーンのレプトンモデルに反論し、複数ゾーン、ハドロン的、および銀河間キャスケードモデルを、標準モデルでは説明できない複雑な多波長SEDと変動を説明する代替モデルとして提案する。

ABSTRACT

Blazars are the most plentiful gamma-ray source at GeV energies, and despite detailed study, there is much that is not known about these sources. In this review I explore some recent results on blazars, including the controversy of the "blazar sequence", the curvature in the LAT spectra, and the location along the jet of the gamma-ray emitting region. I conclude with a discussion of alternative modeling possibilities.

研究の動機と目的

• GeV帯γ線の空域を支配するブレーザーの放射メカニズムに関する未解決の問いに応えること。
• 『ブレーザー・シーケンス』の物理的基盤を調査し、ジェット物理学および源分類への影響を明らかにすること。
• 1ゾーンのレプトンモデルがブレーザーの多波長SEDを適合させることに抱える限界を評価すること。
• 複数ゾーン、ハドロン的、および銀河間キャスケードといった代替モデルが、スペクトル曲率と変動を説明できるかを検討すること。

提案手法

• フェルミ-LATおよび他の観測台から得られたブレーザーのサンプルの多波長スペクトルエネルギー分布（SED）を分析する。
• 相対論的ビーム効果をモデル化し、ジェットのローレンツ因子Γおよび観測角度θを推定するために、ドーナルド補正係数δ = [Γ(1−βcosθ)]⁻¹を用いる。
• 光行時差制約R′ ≤ δ c t_v / (1+z)を適用し、変動 timescales から放射領域の大きさを推定する。
• 吸収体光子源（降着円盤、ブルー線領域（BLR）、ダスト・トーラス）を考慮して、シンクロtron自己コンプトン（SSC）および外部コンプトン（EC）モデルによるγ線放射を評価する。
• ジェットに沿った異なる距離に位置する複数の放射領域を想定する複数ゾーンモデルをテストし、スペクトル曲率と多バンド変動を説明する。
• 陽子加速と相互作用を含むハドロン的モデル、およびγγ → e⁺e⁻とその後のコンプトン散乱を含む銀河間キャスケードモデルを検討する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーザーのγ線スペクトルに観測される曲率の原因は何か？ それは放射領域の位置をどのように制約するか？
• RQ2 なぜ標準的な1ゾーンレプトンモデルが、複数のよく観測されたブレーザーの多波長SEDを適合させないのか？
• RQ3 γ線放射領域がジェットに沿って異なる距離に位置しうるのか？ そのようなモデルを区別する観測的シグネチャーは何か？
• RQ4 ハドロン的過程および銀河間キャスケードは、ブレーザーの観測SEDと変動にどのように影響を与えるか？
• RQ5 観測されたγ線の急速な変動（<1時間）は、放射ゾーンのサイズと位置をどのように制約するか？

主な発見

• フェルミ-LAT 2FGLカタログでは、84%の源がAGNに属し、そのうち84%がブレーザーであることが判明し、GeV帯空域における支配的役割が裏付けられた。
• シンクロtronピーク周波数と放射度の相関関係であるブレーザー・シーケンスは、物理的起源についてまだ議論の余地があり、合意に至っていない。
• LATデータにおけるスペクトル曲率は、γ線放射領域がブラックホールから10⁴–10⁶シュヴァルツシルト半径の距離に位置している可能性を示唆している。
• 急速なγ線フレア（時間スケール<1時間）は、R′ ≤ 3×10¹⁵ δ₁ t_v,₄ (1+z)⁻¹ cmのコンパクトな放射領域を示しており、数100シュヴァルツシルト半径程度と整合的である。
• 外部コンプトン放射（ブルー線領域やダスト・トーラスからの放射）を含む複数ゾーンモデルは、3C 279 や PKS 2005−489 といった源のSEDを1ゾーンモデルよりもよく説明できる。
• 銀河間キャスケードモデルは、EBL相互作用による非変動的VHE放射を予測し、それにより内在的放射モデルと区別可能な予測を提供する。