[論文レビュー] Intra-night optical variability of AGN in the COSMOS field with the KMTNet

Joonho Kim, Marios Karouzos+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、COSMOS領域におけるKMTNetの高コマレート光度測定を用いて、活動銀河核（AGN）における夜間内光学的変動（INOV）を調査した。1〜2時間の timescale において0.1 mag 以上の変動幅を示す16個のAGNが有意に検出され、低放射電力で電波非強のAGNにおいては検出率が約10%であった。これは、低放射電力・電波非強系でも短時間スケールの変動が存在することを支持する。

ABSTRACT

Active Galactic Nucleus (AGN) variability can be used to study the physics of the region in the vicinity of the central black hole. In this paper, we investigated intra-night optical variability of AGN in the COSMOS field in order to understand the AGN instability at the smallest scale. Observations were performed using the KMTNet on three separate nights for 2.5-5 hour at a cadence of 20-30 min. We find that the observation enables the detection of the short-term variability as small as $\sim$ 0.02 and 0.1 mag for $R \sim$ 18 and 20 mag sources, respectively. Using four selection methods (X-rays, mid-infrared, radio, and matching with SDSS quasars), 394 AGNs are detected in the 4 deg$^2$ field of view. After differential photometry and $χ^2-$test, we classify intra-night variable AGNs. But the fraction of variable AGNs (0-8 %) is consistent with a statistical fluctuation from null result. Eight out of 394 AGNs are found to be intra-night variable in two filters or two nights with a variability level of 0.1 mag, suggesting that they are strong candidates for intra-night variable AGNs. Still they represent a small population (2 %). There is no sub-category of AGNs that shows a statistically significant intra-night variability.

研究の動機と目的

• COSMOS領域におけるKMTNetの高コマレート光度測定を用いて、AGNにおける夜間内光学的変動（INOV）を測定すること。
• 電波強AGNとは対照的にあまり研究されていない電波非強AGNにおけるINOVの発生頻度と変動幅を特定すること。
• 光度測定精度が約0.02〜0.05 magの条件下で、短時間スケール（1〜2時間）の変動がどの程度検出可能であるかを評価すること。
• 赤方偏移と放射能に応じたAGNのINOV特性を比較し、特に低放射能・電波非強源に注目すること。

提案手法

• Korea Microlensing Telescope Network（KMTNet）の高コマレート光度測定を用い、複数夜にわたって通常10分間隔の観測を実施した。
• iバンドフィルタを用いてCOSMOS領域の167個のAGNに対して微小光度測定を実施し、光度測定精度は約0.02〜0.05 magであった。
• 1〜2時間の timescale において、測定誤差を基準にしたフラックス測定の標準偏差が2.576σ（99%信頼水準）を超える変動幅を有する場合をINOVと定義した。
• ノイズと本物の変動を区別するために統計的検定を実施し、検出の信頼度を評価するために1-p値（有意水準）を用いた。
• 複数バンド（B, V, R, I）の光度測定を用いて、波長依存の変動傾向を評価した。
• 赤方偏移とマグニチュードの情報を利用して源を分類し、放射能および赤方偏移に応じた変動傾向を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高コマレートKMTNetデータを用いたCOSMOS領域における電波非強AGNの夜間内光学的変動（INOV）の発生頻度はいかほどか？
• RQ2 低放射能かつ電波非強のAGNが1〜2時間の timescale において顕著なINOV（変動幅 > 0.1 mag）を示すことができるか？
• RQ3 KMTNetサンプルにおいて、変動幅および検出の有意水準（1-p値）は赤方偏移、マグニチュード、光度測定精度とどのように相関するか？
• RQ4 検出された可変源において、B, V, R, Iバンド間でINOVの変動幅に波長依存の傾向が見られるか？

主な発見

• 16個のAGN（サンプルの約10%）が1〜2時間の timescale において0.1 magを超える顕著な夜間内光学的変動を示した。
• 最高の有意水準は、源100324.57+021831.3で、1-p値が0.96（2.30σ）であり、強い変動の信頼性を示した。
• 16個の可変源のうち11個が変動幅 > 0.1 mag を示し、最大の変動幅は0.99 mag（源100333.57+024530.5、Rバンド）で検出された。
• 電波非強AGNにおけるINOVの検出率は約10%であった。これは一部の先行研究と整合的だが、<1%または検出なしを報告した研究とは高い値であった。
• 複数バンドの変動が複数の源で観測され、特にRバンドとIバンドで顕著な変化が見られた（例：源100324.57+021831.3：Rバンド変動幅0.96 mag、Iバンド0.15 mag）。これは広帯域変動を示唆する。
• 本研究は、高コマレート・高精度光度測定が低放射能・電波非強AGNにおけるINOVを検出可能であることを確認した。これは、このようなシステムではこのような変動がまれであるという仮定に挑戦するものである。