[論文レビュー] Fermi observations of TeV AGN

S. Fegan, D. A. Sanchez⋆|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2009

Particle Detector Development and Performance被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、5.5か月間にわたり28個のTeV選択AGNをフェルミ-LATで観測し、GeVバンドで21個を検出した。多数の源が硬いGeVスペクトル（中央値Γ ≈ 1.9）を示し、赤方偏移とともにスペクトルの曲率が増加することが判明した。これは、TeVバンドにおける銀河間背景光（EBL）吸収の強力な証拠を示しており、スペクトルの折り返し点はEBL減衰モデルと整合的である。

ABSTRACT

We report on observations of TeV-selected AGN made during the first 5.5 months of observations with the Large Area Telescope (LAT) on-board the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi). In total, 28 TeV AGN were selected for study. The Fermi observations show clear detections of 21 of these TeV-selected objects. Most can be described with a power law of spectral index harder than 2, with a spectral break generally required to accommodate the TeV measurements. Evidence for systematic evolution of the gamma-ray spectrum with redshift is presented and discussed in the context of the EBL.

研究の動機と目的

• フェルミ-LATデータを用いてTeV選択AGNの高エネルギーγ線放射を研究し、GeVとTeVエネルギー領域を橋渡しすること。
• 特にブレーザーを対象として、外部銀河系源におけるGeVとTeV放射の関係を調査すること。
• 赤方偏移に伴うスペクトルの進化を、銀河間背景光（EBL）吸収効果のプローブとして検討すること。
• 観測されたGeVとTeVバンド間のスペクトルブレークが、EBL減衰に起因するものか、あるいは源固有のスペクトル曲率に起因するものかを検証すること。
• 今後の観測を支援するため、TeV AGNの高エネルギー放射に関する包括的な多波長的画像を提供すること。

提案手法

• 28個のTeV選択AGNを対象に5.5か月間のフェルミ-LAT観測を実施し、既知の赤方偏移を持つ源に注目した。
• 大型面積望遠鏡（LAT）を用いて、20 MeVから>300 GeVのエネルギー範囲でγ線を検出した。
• 有意なGeV検出を特定するため、テスト統計量（TS > 25）を用い、5σの信頼水準を満たした。
• GeVスペクトルをパワー・レイトにフィットし、H.E.S.S.、MAGIC、VERITAS、CANGAROOのアーカイブTeVデータと比較した。
• 赤方偏移の関数として、GeVとTeVスペクトル指数の差（ΔΓ）を分析し、EBL吸収効果を評価した。
• 実際のTeV測定値とGeVスペクトルの外挿値を比較することで、固有のスペクトル曲率を評価し、曲率または吸収を示す乖離を同定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeV選択AGNはフェルミ-LATでGeVバンドで検出可能なγ線放射を示すか？
• RQ2 GeVとTeVスペクトル指数はエネルギー範囲全体でどのように比較されるか。この差は赤方偏移とともに変化するか？
• RQ3 GeVとTeVバンド間の観測されたスペクトルブレークは、銀河間背景光（EBL）による吸収と整合的か？
• RQ4 観測された赤方偏移に依存するスペクトルの進化は、EBL減衰で説明可能か。それとも、固有のスペクトル曲率を必要とするか？
• RQ5 TeV AGNと他のAGN集団（例：BL Lacs、FSRQs）との間に、GeVバンドにおけるスペクトルの硬さに系統的差異があるか？

主な発見

• フェルミ-LATは、28個のTeV選択AGNのうち21個でGeV放射を検出。GeVバンドにおける中央値光子指数はΓ = 1.9であった。
• これらのTeV AGNのGeVスペクトルは、LBASサンプルの一般的なBL Lacs（Γ = 2.0）やFSRQs（Γ = 2.4）と比較して顕著に硬い。
• 15個の源で、GeVとTeVスペクトル指数の差（ΔΓ）が赤方偏移とともに増加し、z > 0.1でΔΓ ≥ 1.5に達した。
• 3C 279のようなフレア状態の源では、GeVスペクトルの外挿が測定されたフラックスを低く予測しており、単純なパワー・レイト外挿では捉えきれない極端なフレア状態を示している。
• PKS 2005-489では、GeV外挿がTeVフラックスを過剰に予測しており、源の固有スペクトルに固有の曲率が存在することを示唆している。
• 観測された赤方偏移に依存するスペクトルの進化は、銀河間背景光（EBL）による吸収によって最もよく説明され、モデルに依存しないEBL減衰の証拠を提供している。