[論文レビュー] Highlights from the Whipple 10-m Blazar Monitoring Program

Ana Pichel|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、Whipple 10-m望遠鏡を用いた5つの図座（Mrk 421、Mrk 501、H 1426+428、1ES 1959+650、1ES 2344+514）の長期的ベリーハイエナジー（VHE）ガンマ線モニタリングを提示する。リアルタイムでのフレア警報がVERITASアレイによる追従観測を引き起こす。主な結果として、Mrk 421で記録された史上最多クラスの明るいVHEフレア（約10 Crabの放射線度）の検出と、Mrk 501における顕著な多波長変動が得られ、シンクロトロン自己コンプトンおよびハドロニック放射メカニズムモデルの検証に不可欠なデータが得られた。

ABSTRACT

Approximately 25 blazars are know to emit VHE (E>100 GeV) gamma rays. Understanding these powerful objects requires long-term, intense, monitoring observations since they exhibit strong, rapid and irregular variability across the entire electromagnetic spectrum. The Whipple 10-m Gamma-ray Telescope, the world's fourth most sensitive VHE telescope, is used primarily to perform such monitoring in the VHE band. The 10-m monitoring program focuses in particular on Mrk 421, Mrk 501, H 1426+428, 1ES 1959+650 and 1ES 2344+514, with observations performed every moonless night that each source is visible. Upon detection of a flare, alerts are sent to VERITAS and the astronomical community to trigger ToO observations, as was the case for one of the brightest-ever VHE flares of Mrk 421 in 2008. In addition to flaring alerts, the 10-m program is used to create long-term light curves, with unprecedented VHE sampling, that can be combined with other multi-frequency observations to better understand blazars. Highlights from the recent Whipple 10-m blazar program will be presented.

研究の動機と目的

• 長期間にわたり高頻度で観測することによって、VHE放射を示す図座における放射メカニズムを理解すること。
• 既知のVHE図座からのTeVガンマ線放射度における急速で不規則な変動を検出および特徴づけること。
• Target-of-Opportunity（ToO）警報を発行し、VERITASアレイおよび広範な天文コミュニティによる即時の追従観測を可能にすること。
• 多波長相関研究のための高感度・長基準の光度曲線を整備すること。
• 多周波数データを用いて、シンクロトロン自己コンプトン（SSC）およびハドロニック放射モデルの予測を検証すること。

提案手法

• Whipple 10-m望遠鏡は、5つの主要な図座が55°以上高度にあり、月がない晴れた空の下で、毎晩ON-OFFモードおよびTRKモードでの観測を実施する。
• ON-OFFモードでは、背景宇宙線イベントを差し引くために、源方向と非源方向のペア観測を用い、大気的系誤差を最小限に抑える。
• TRKモードは、変動が激しいか曇りの状態で使用され、非軸上イベント分布から背景を推定する。
• 混合観測モードにより、統計的精度と系誤差の両立を図る。
• フレア活動はリアルタイムで検出され、VERITASアレイのToO観測を引き起こす警報が発行される。
• 電波（Metsahovi）、可視光（GASP）、X線（RXTE）、ガンマ線（WhippleおよびVERITAS）データからの多波長光度曲線を統合し、エネルギー間相関を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 421およびMrk 501で観測された極めて急速な変動が示すVHEガンマ線放射度の本質は何か？
• RQ2 フレア状態における異なるエネルギー帯（電波からTeV）での放射度変動は、どのように相関しているか？
• RQ3 観測された光度曲線は、シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルとハドロニック放射モデルのどちらをどれほど支持しているか？
• RQ4 長期間にわたる高頻度VHEモニタリングは、以前に検出されていなかった変動 timescale や状態を明らかにできるか？
• RQ5 リアルタイムでのフレア警報は、VERITASアレイによる高時間分解能の追従観測をどれほど効果的に可能にするか？

主な発見

• 2008年5月2日、Mrk 421は約10 Crabの放射線度に達するVHEフレアを示し、史上記録された中で最も明るいフレアの一つであった。5分間で放射度が2倍に増加した。
• Whipple 10-m望遠鏡は2008年5月2日、Mrk 421で5.5 Crabの放射線度を検出。その後、数分間で急激に低下し、再び回復する現象を観測し、VERITASのToO観測を誘発した。
• 2009年5月1日、Mrk 501は19σの有意性を示す短時間の高状態フレアを示し、2.45時間の観測期間中に約5 Crabの放射線度を記録した。
• 2008年3月から5月にかけての多波長モニタリングでは、エネルギーに伴う変動が増大しており、TeVエネルギー帯で最大の放射度変動が観測された。
• 2008年の多波長キャンペーンでは、X線（2–10 keV）とガンマ線の放射度変動間に強く相関は認められず、単純なSSCモデルに疑問を呈する結果となった。
• 1ES 2344+514は58.6時間のライブタイムで4.8σの有意性で検出され、2007年12月7日にVERITASが48%のクレーブ・フラックスに相当する強力なフレアを検出していた。