[論文レビュー] Constraining blazars distances with combined GeV and TeV data

E. Prandini, M. Mariotti+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、赤方偏移が不明なblazarの赤方偏移を制限するための更新された手法を提示する。この手法は、Fermi/LATのGeVスペクトル指数と、Extragalactic Background Light (EBL) 吸収を補正した非吸収VHEスペクトルを比較することで、得られる赤方偏移の上限値 $ z^* $ と真の赤方偏移との間の線形関係を用いる。この関係は、拡張されたサンプルで検証され、PKS 1424+240に適用された結果、最も確からしい赤方偏移は $ 0.26 \pm 0.05 $ となり、独立したVERITAS解析と整合的である。

ABSTRACT

Recently, a new method to constrain the distances of blazars with unknown redshift using combined observations in the GeV and TeV regimes has been developed. The underlying assumption is that the Very High Energy (VHE, E > 100 GeV) spectrum corrected for the absorption of TeV photons by the Extragalactic Background Light (EBL) via photon-photon interaction should still be softer than the gamma-ray spectrum observed by Fermi/LAT. The constraints found are related to the real redshifts by a simple linear relation, that has been used to infer the unknown or uncertain distance of blazars. The sample is revised with the up-to-date spectra in both TeV and GeV bands and the method applied to the unknown distance blazar PKS 1424+240 detected at VHE.

研究の動機と目的

• 未知または不確実な赤方偏移を有するblazarの赤方偏移推定を、GeVおよびTeVガンマ線データを統合することで改善すること。
• LATが測定したGeVスペクトル指数が、真のVHEスペクトルの上限を示すという「最大硬さ仮説」を検証すること。
• 更新されたFermi/LATおよびVHEデータを用いて、推定された赤方偏移上限値 $ z^* $ と真の赤方偏移 $ z_{\text{true}} $ の間の線形関係を精緻化すること。
• 赤方偏移が不明だが、VERITASでTeV帯で検出された高エネルギーblazarPKS 1424+240にこの手法を適用すること。

提案手法

• 本手法は、Fermi/LATが0.1–100 GeV範囲で測定したGeVスペクトル指数 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ と、EBL吸収を補正した非吸収VHEスペクトルを比較する。
• 非吸収VHEスペクトルは、Franceschini EBLモデルを用い、観測されたTeVフラックスに光学的厚さ $ \tau(E,z) $ を適用することで導出される。
• 赤方偏移 $ z^* $ は、非吸収VHEスペクトルがLATスペクトル指数 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ と一致する点に対応する値として決定され、真の赤方偏移の上限として機能する。
• 既知の赤方偏移を持つblazarを用いて、線形フィット $ z^* = A + B z_{\text{true}} $ を適用し、手法のキャリブレーションを行う。
• 再構成された赤方偏移 $ z_{\text{rec}} $ は $ z_{\text{rec}} = (z^* - A)/B $ により計算され、$ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ の分布にガウス分布をフィットして不確実性を導出する。
• 本手法は、$ \Gamma_{\text{LAT}} = 1.83 \pm 0.03 $ を用いてPKS 1424+240に適用され、$ z^* = 0.45 \pm 0.15 $ が得られ、$ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $ となった。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GeVおよびTeVガンマ線データの統合的解析により、距離が不明なblazarの赤方偏移を制限できるか？
• RQ2 LATが測定したGeVスペクトル指数は、最大硬さ仮説に従い、真のVHEスペクトルの信頼できる上限を提供するか？
• RQ3 より大きな、より正確なデータセットを用いて更新された場合、$ z^* $ と $ z_{\text{true}} $ の間の線形関係は頑健か？
• RQ4 TeV帯で検出されたが、赤方偏移が不明なblazarPKS 1424+240の最も確からしい赤方偏移は何か？

主な発見

• 最大硬さ仮説が確認された：すべての $ z^* $ 値が $ z^* = z_{\text{true}} $ の二等分線の上または線上に位置しており、$ z^* $ が真の赤方偏移の有効な上限であることが示された。
• 更新されたデータを用いた線形関係 $ z^* = A + B z_{\text{true}} $ は検証され、パラメータとして $ A = 0.036 \pm 0.014 $ および $ B = 1.60 \pm 0.14 $ が得られた。
• $ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ の分布は、$ \sigma = 0.05 $ のガウス分布でよくフィットされ、再構成された赤方偏移に $ \pm 0.05 $ の系統的不確実性があることが示された。
• PKS 1424+240に対して、再構成された赤方偏移は $ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $ となり、同時期のLATデータを用いたVERITASによる $ 0.5 \pm 0.1 $ の推定値と整合的であった。
• 線形フィットの有意確率が低かった（6%）のは、新しいLATスペクトル指数の誤差バーが小さくなったためであり、新規源の追加によるものではない。
• 赤方偏移が不確実な2つの源（S5 0716+714および3C 66A）は、予想される $ \Delta z $ 分布の外側に位置しており、赤方偏移の不正確さまたは固有の特異性の可能性を示唆している。