[論文レビュー] Exploring the bulk of the BL Lac object population:1. parsec-scale radio structures

Elisabetta Liuzzo, M. Giroletti+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 44被引用数 6

ひとこと要約

本研究は、8 GHzおよび15 GHzのVery Long Baseline Array観測を用いて、フラックス密度の上限なしで42個の低赤移しBL Lac対象について、初めての体系的VLBI調査を実施し、パーセクスケールの電波構造を分析した。その結果、大多数の源がコンパクトまたは片側ジェットを示すことが判明した。42個中14個（33%）がFermi-LATの電波対応源を有しており、急勾配の電波スペクトルと弱いガンマ線放射を示す、低コア優位性のBL Lacsの集団が明らかになった。これは古典的ブラー.clsモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

Context. The advent of Fermi is changing our understanding on the radio and gamma-ray emission in Active Galactic Nuclei. Contrary to pre-Fermi ideas, BL Lac objects are found to be the most abundant emitters in the gamma-ray band. However, since they are relatively weak radio sources, most of their parsec-scale structure and their multi-frequency properties are poorly understood and/or have not been investigated in a systematically fashion. Aims. Our main goal is to analyze the radio and gamma-ray emission properties of a sample of 42 BL Lacs selected, for the first time in the literature, with no constraint on their radio and gamma-ray flux densities/emission. Methods. Thanks to new Very Long Baseline Array observations at 8 and 15 GHz for the whole sample, we present here fundamental parameters such as radio flux densities, spectral index information, and parsec-scale structure. Moreover, we search for gamma-ray counterparts using data reported in the Second Catalog of Fermi Gamma-ray sources. Results. Parsec-scale radio emission is observed in the majority of the sources at both frequencies. Gamma-ray counterparts are found for 14/42 sources. Conclusions. The comparison between our results in radio and gamma-ray bands points out the presence of a large number of faint BL Lacs showing "non classical" properties such as low source compactness, core dominance, no gamma-ray emission and steep radio spectral indexes. A deeper multiwavelength analysis will be needed.

研究の動機と目的

• 統計的に完全でフラックス制限付きの低赤移しBL Lac対象のパーセクスケール電波構造を調査すること。
• 特に電波バンドで弱い源を含め、これらの源の電波およびガンマ線放射特性を特定すること。
• 低コア優位性、急勾配電波スペクトル、ガンマ線放射なしといった非古典的性質を示すBL Lacsを同定・特徴づけること。
• 以前のVLBI調査が、弱いが高周波数ピークを持つBL Lacsを漏れ出していた理由を評価すること。
• 広範なBL Lacs集団の多波長研究の基盤を提供すること。

提案手法

• 42個の低赤移しBL Lac対象のサンプルに対して、8 GHzおよび15 GHzの高分解能Very Long Baseline Array (VLBA)観測を実施した。
• 位相参照技術を用いてダイナミックレンジを向上させ、弱いコンパクト構造を検出した。
• VLBA画像から全強度およびコアのフラックス密度、スペクトル指数、源のコンパクトネス（SC）を測定した。
• Fermi-LAT 2nd Source Catalogと照合し、ガンマ線対応源の探索を行った。
• 電波形態（例：非分解能、片側ジェット、拡散ハロー）およびガンマ線連関に基づいて源を分類した。
• 距離およびランクパワー計算に標準的コスモロジーパラメータ（h = 0.71, Ωm = 0.27, ΩΛ = 0.73）を適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 統計的に完全でフラックス制限付きの低赤移しBL Lac対象のパーセクスケール電波構造の分布はいかなるものか？
• RQ2 これらのBL Lacsの電波およびガンマ線特性は、古典的ブラー.clsモデルとどのように異なるか？
• RQ3 Fermi-LAT調査におけるBL Lacsのうち、VLBIによるパーセクスケールで検出可能な割合はどの程度か。また、その構造的性質は何か？
• RQ4 高エネルギー放射を示す多くのBL Lacsが、高分解能電波調査で検出されないのはなぜか？
• RQ5 低コア優位性、急勾配電波スペクトル、ガンマ線放射なしといった非古典的性質を示すBL Lacsの割合はどの程度か？

主な発見

• 8 GHzでは42中38個、15 GHzでは42中36個の源でパーセクスケール電波放射が検出され、広範なコンパクトまたはジェット構造の存在を示した。
• 42中14個（33%）の源がFermi-LAT 2nd Source Catalogでガンマ線放射と関連づけられ、高エネルギー活動の確認が得られた。
• サンプルの顕著な割合（例：J1427+5409, J1510+3335, J1534+3715）が低コア優位性（SC ≤ 0.12）および急勾配電波スペクトル指数（αtot ~ 0.83）を示しており、非古典的BL Lacsの性質を示した。
• J1534+3715など複数の源は、ガンマ線対応源を有するがVLBAデータで明確なコンパクトコア放射が検出されず、観測上の課題や拡散放射の可能性が示唆された。
• J1428+4240, J1647+2909など複数の源で片側ジェットが観測され、15 GHzにおけるジェット成分のフラックス密度は約2〜7.5 mJyの範囲にあった。
• 本研究では、弱い電波放射、低コア優位性、急勾配スペクトル、弱いガンマ線放射を示すBL Lacsの集団が同定され、より深い多波長フォローアップの必要性が示された。