[論文レビュー] Highlights of the VERITAS Blazar Observation Program

W. Benbow|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、Blazarの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線観測のためのVERITASの長期戦略を提示する。この戦略は、発見、モニタリング、および多波長（MWL）キャンペーンを統合したものである。プログラムは20件のVHE検出を達成し、そのうち10件が新たなBlazarであった。深さのある露出と同時多波長データにより、スペクトルエネルギー分布（SED）、変動性、および銀河間背景光（EBL）効果の高精度な研究が可能になった。

ABSTRACT

The VERITAS array of 12-m atmospheric-Cherenkov telescopes in southern Arizona began full-scale operations in 2007, and it is one of the world's most sensitive detectors of astrophysical VHE (E > 100 GeV) gamma rays. Forty-one blazars are known to emit VHE photons, and observations of blazars are one of the VERITAS Collaboration's Key Science Projects (KSPs). More than 400 hours per year are devoted to this program, and ~100 blazars have already been observed with the array, in most cases with the deepest-ever VHE exposure. These observations have resulted in 20 detections, including 10 new VHE blazars. Highlights of the VERITAS blazar observation program, and the collaboration's long-term blazar observation strategy, are presented.

研究の動機と目的

• 非常に高エネルギー（VHE）Blazarの既知の集団を拡大すること、特に非HBLクラスと高赤方偏移領域のBlazarを対象とする。
• 遠方でスペクトルが硬いVHE Blazarに対する深さのある観測を通じて、銀河間背景光（EBL）および銀河間磁場（IGMF）を制約すること。
• 電波帯からGeV帯にわたり、同時多波長（MWL）観測を実施することで、Blazarのスペクトルエネルギー分布（SED）の詳細なモデリングを可能にすること。
• 主要な源の長期モニタリングを維持することで、VHE変動、特に急速なフレア行動とスペクトルの進化を理解を深めること。
• 科学的効果を最大化するため、40％を発見、60％をモニタリング／既知源のフォローアップに割り当てたバランスの取れた観測戦略を確立すること。

提案手法

• VERITASを用いて約100個のBlazarを定期観測し、年間約410時間の観測時間をBlazar科学に割り当て、発見、モニタリング、および緊急観測（ToO）トリガーを含む。
• 年間時間割り当てを40％（発見観測：約100時間）と60％（14個の主要VHE Blazarの長期モニタリング：約210時間）に設定し、個々の露出目標を年間5～25時間とする。
• Fermi-LAT、光学、X線、TeVモニタリングプログラムからのアラートを用いて、リアルタイムでフレア活動を捉えるToO観測を実施する。
• 電波帯、光学／UV帯、X線帯、およびGeV帯にわたり、同時多波長キャンペーンを調整することで、完全なSEDモデリングとフラックス／スペクトル相関解析を可能にする。
• VERITASの感度（約25時間で5σ検出で1％Crab）、エネルギー分解能（約15％）を活用し、これまでで最も感度の高いVHE測定を達成する。
• EBLモデルを適用して、観測された軟らかいVHEスペクトル（Γobs ~2.5–4.6）の光子減衰を補正し、固有の源スペクトルを推定するとともに、EBL／IGMFの探査を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EBL吸収を補正した後、VHE Blazarの固有スペクトル形状と変動行動はどのように特定されるか？
• RQ2 特に非HBLタイプおよび高赤方偏移源を含むVHE放射を示すBlazarの性質は、Blazarシーケンスおよび放射メカニズムモデルにどのような制約をもたらすか？
• RQ3 多波長（MWL）相関は、VHEフレアの物理的起源を特定し、ジェット物理学を理解するために果たす役割は何か？
• RQ4 スペクトルが硬く、高赤方偏移のBlazarに対するVERITASの深さのある観測は、銀河間背景光（EBL）および銀河間磁場（IGMF）の制約を提供できるか？
• RQ5 VHE Blazarの長期的変動パターンは何か？フレア timescale とフラックス範囲は、相対論的ジェット内での粒子加速および放射メカニズムのモデルにどのように情報を与えるか？

主な発見

• VERITASは20件のVHE Blazarを検出しており、そのうち10件が新たな発見であり、多くの源に対してこれまでで最も深いVHE露出を達成した。
• B2 1215+30のVERITASによるフラックス測定値（約1％Crab）は、MAGIC測定値（2±1％Crab）と整合しており、2011年の間でフラックスの増加が示唆される。
• 14個のBlazarに対する長期モニタリングでは、46～81時間の露出が蓄積され、特にEBL／IGMF関連のHBL（例：1ES 0229+200、1ES 0414+009）を含む高感度研究が可能になった。
• プログラムは、年間40：60の時間割り当てを達成しており、2007年から2010年のBlazarデータの約80％が発見およびフォローアップ観測から得られた。
• Mrk 421のVERITASによるVHEフラックスは約1.6％Crabであり、HESSの0.6％Crab（200 GeV以上）よりもわずかに高いが、データセットは同時ではなかった。
• プログラムは、同時多波長キャンペーンを効果的に調整した。その結果は現在準備中であり、SEDモデリングおよび変動解析の強化に寄与している。