[論文レビュー] Fermi-LAT Detection of a Hard Spectrum Flare from the Gravitationally Lensed Blazar B0218+357

S. Buson, C. C. Cheung+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、2014年7月に重力レンズ効果を受けるブラークホールB0218+357から観測された硬スペクトルのガンマ線フレアをフェルミ-LATが検出したこと、ガンマ線レンズ遅延11.46日によって予測された遅延した対応フレアが11.5日後に確認されたこと、およびMAGICが非常に高エネルギー（VHE）放射を検出したことにより、B0218+357が既知で最も遠方のTeV放射源であることが示された。

ABSTRACT

The Fermi-LAT has observed new gamma-ray flares from the blazar B0218+357 during July 2014. While no significant change in the gamma-ray spectrum has been previously observed through the flaring phase in late-2012, during this recent high activity the source displayed an exceptionally hard spectrum. The latter led to the detection of very high energy (VHE, E > 100 GeV) gamma-rays from B0218+357 by the MAGIC telescopes, establishing this source as the most distant TeV emitter known to date. In addition to the detection of VHE emission, this blazar is of particular interest since it is known to be a double-image gravitationally lensed system with a lens delay of 11.46 +/- 0.16 days measured in gamma-rays. We present the Fermi-LAT study of the July 2014 flares and discuss them in the context of previous measurements.

研究の動機と目的

• 2014年7月の新たな高活動期におけるB0218+357のスペクトル的・時間的挙動を調査すること。
• 2012年に測定されたガンマ線レンズ遅延（11.46 ± 0.16日）が、新たなフレア活動と整合するかを検証すること。
• 特に、以前のフレアでは観測されなかった硬スペクトル（Γ < 2）の出現を含むスペクトル変動を調査すること。
• ガンマ線におけるflux比（A/B）と電波における比を比較し、レンズモデルとの整合性を評価すること。
• MAGIC望遠鏡による同時観測を通じて、VHEガンマ線の検出を確認すること。

提案手法

• MJD 56849–56865の期間にわたり、6時間ごとの時間分解でFermi-LATデータを分析し、300 MeV以上のエネルギー範囲に注目して硬スペクトルフレアを特徴づけた。
• フレア期間中は光子指数を自由に変化させることを許容した単一のパワーロー スペクトルモデルを適用した。
• 源の有意性を評価するためにテスト統計量（TS）を用い、TS < 8の場合には95%信頼区間の上界を適用した。
• 遅延相関を探索するために、1日ごとの時間分解光曲線に対して自己相関関数（ACF）分析を実施した。
• 初期フレア時に高エネルギー光子（95 GeVおよび54 GeV）が源と位置的一致を示すかを評価した。
• 2つのフレア期間（AおよびB画像）について、1.5日間隔の平均fluxを用いてflux比（A/B）を計算した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2014年のB0218+357のガンマ線フレアは、以前に報告されたように硬スペクトル（Γ < 2）を示すか？
• RQ2 11.46 ± 0.16日というガンマ線レンズ遅延は、2番目のフレア（画像B）の到着時刻と整合するか？
• RQ3 2014年のフレアにおけるflux比（A/B）は何か？ また、以前のガンマ線および電波測定値と比較するとどうなるか？
• RQ4 フレア中に非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線が検出されたか？ また、レンズ効果による画像Bの放射と整合するか？
• RQ5 初期フレア（画像A）時にLATが検出した高エネルギー光子（≥50 GeV）は、遅延フレア（画像B）時にも観測されたか？

主な発見

• 2014年のフレアは、MJD 56851にかけてΓ = 1.4 ± 0.1という極めて硬いスペクトルを示し、以前に観測された典型的なΓ ≈ 2.3とは顕著に異なる。
• 画像Bからの遅延放射は、初期フレアから約11.5日後に検出され、以前に測定されたガンマ線レンズ遅延（11.46 ± 0.16日）と整合した。
• 2014年のフレア期間における平均flux比（A/B）は約4であった。2012年に観測されたユニティ比とは異なるが、電波測定値（A/B ≈ 3–4）に近い値であった。
• 初期フレア（画像A）時にFermi-LATが95 GeVおよび54 GeVの高エネルギー光子を検出したが、遅延フレア（画像B）時には検出されなかった。これは、スペクトル的または時間的変動の可能性を示唆した。
• MAGIC望遠鏡は遅延フレア時にVHEガンマ線（E > 100 GeV）を検出しており、B0218+357が最も遠方の既知のTeV放射源であることが確認された。
• 1日ごとの時間分解光曲線に対するACF解析では、約11日付近にピークが観測され、レンズ遅延を支持するが、その統計的有意性はまだ定量化されていなかった。