[論文レビュー] Flaring activity of Mrk 421 in 2012 and 2013: orphan flare and multiwavelength analysis

N. Fraija, J. I. Cabrera+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 6, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、2012年と2013年の間、Fermi-LAT、Swift、および地上光学望遠鏡のデータを用いて、ブラークル・マーク421における多波長フレア活動を分析した。2012年には、硬X線放射と連動しないGeV γ線の「孤発フレア」が同定されたが、2013年のフレアでは、GeV γ線、X線、光学バンドでの相関した変動が観測され、光学Rバンドのピークに反比例する傾向が見られたものの、1ゾーンのシンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルが支持された。

ABSTRACT

The first one started in 2012 July 16 (MJD 56124) and the second one in 2013 April 9 (MJD 56391). The multiwavelength data analysis shows that the $\\gamma$-ray flare observed in 2012 was not detected in the hard-X ray bands. This result is usually interpreted as an "orphan" flare. In 2013, the analysis of the multiwavelength light curves shows that there are two very bright states detected in the optical R-band. The first one in 2013 April 9 (R =11.74 $\\pm$ 0.04) and the second one in May 12 (R =11.62 $\\pm$ 0.04). Also, high activity states were detected in the soft and hard X-rays. A discrete correlation function analysis of this last flare shows a strong correlation between the GeV $\\gamma$-rays and the optical/hard-X ray emission. These results are discussed in terms of the more adequate standard scenarios that could explain the multiwavelength variations displayed by this blazar.

研究の動機と目的

• 2012年と2013年の2つの高活動状態におけるMrk 421の多波長的挙動を調査すること。
• 2012年のGeV γ線フレアが、硬X線対応物を持たないため「孤発フレア」として適切に分類されるかどうかを特定すること。
• 2013年のフレアにおけるGeV γ線、X線、光学Rバンド放射の相関関係を評価すること。
• 観測された変動が、標準的一ゾーンSSCモデルおよび代替のは drod モデルと整合するかどうかを評価すること。

提案手法

• Fermi-LAT（GeV γ線、200 MeV–300 GeV）、Swift-XRT（ソフトX線、0.2–10 keV）、Swift-BAT（硬X線、15–50 keV）を用いて多波長光度曲線を構築した。
• 光学Rバンド光度測定は、サン・ペドロ・マルティール天文台の0.84 m望遠鏡を用い、比較のためAAVSOデータも併用した。
• 離散相関関数（DCF）分析を用いて、GeV γ線光度曲線とX線・光学光度曲線との間の時間遅れを定量化した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）を分析し、レプトニック（SSC）およびハドロニック（SPB）放射モデルとの整合性を評価した。
• フレア状態は、γ線フラックス > 1.0 × 10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹ およびRバンド等級 < 12.0 の閾値に基づいて同定した。
• 理論的モデルとして、1ゾーンSSCおよび陽子-光子相互作用シナリオを観測データと照合して評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2012年のMrk 421におけるGeV γ線フレアは、検出可能な硬X線放射が存在しないため、真に「孤発」フレアと呼べるのか？
• RQ2 2013年のフレアにおける多波長相関、特にGeV γ線と光学・硬X線放射との関係はいかなる性質を示すか？
• RQ3 5月12日の光学Rバンドピークが、他のバンドと反比例するという観測結果は、標準的一ゾーンSSCモデルに反するのか？
• RQ4 2012年の孤発フレアは、陽子-光子相互作用による中性パイオン崩壊といったハドロニック過程で説明可能か？
• RQ5 γ線、X線、光学バンドにおける同時変動は、ブラークルジェット内の物理的状態にどのような意味を持つのか？

主な発見

• 2012年のGeV γ線フレア（MJD 56124）は、強いγ線活動にもかかわらず、Swift-BATによる硬X線放射は検出されず、孤発フレアとして確認された。
• 2013年のフレアでは、光学Rバンドに2つの明るい状態が観測された：4月9日にはR = 11.74 ± 0.04、5月12日にはR = 11.62 ± 0.04で、両者とも高エネルギーγ線およびX線活動と一致した。
• 離散相関関数（DCF）分析により、GeV γ線と硬X線、光学Rバンドとの間に有意な時間遅れは認められず、バンド間で準同時間的な変動が示された。
• γ線、X線、光学バンドにおける同時変動は、2013年のフレアに対して1ゾーンシンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルを支持する。
• 5月12日の光学Rバンドピークは、γ線およびX線フラックスと反比例しており、標準的SSCモデルに挑戦するものであり、複雑な放射メカニズムを示唆している。
• 2012年の孤発フレアは、陽子-光子相互作用を伴うハドロニックモデルと整合的であり、中性パイオン崩壊がX線対応物なしにγ線を生成できるためである。