[論文レビュー] MAGIC observations of the distant quasar 3C279 during an optical outburst in 2007

Karsten Berger, P. Majumdar+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 9

ひとこと要約

この論文は、2007年1月の光学的爆発の際、マジック望遠鏡を用いて遠方のクェザー3C279における非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線観測を報告する。検出結果は、強いVHE変動性を確認し、2006年のデータと併せて、銀河間背景光（EBL）密度を制限する。その結果、銀河数の上限と整合し、硬い固有スペクトルを持つ1ゾーンSSC+EC放射モデルを支持する低EBL吸収モデルが好ましいことが示された。

ABSTRACT

The flat-spectrum radio-quasar 3C279 (z=0.536) is the most distant object detected at very high energy (VHE) gamma-rays. It is thus an important beacon for the study of the interaction of the VHE gamma-rays with the Extra-galactic Background Light (EBL). Previous observations by EGRET showed a highly variable flux that can differ up to a factor of 100. In this paper results from an observation campaign with the MAGIC telescope during an optical flare in January 2007 will be presented and previous MAGIC results from 2006 will be summarized.

研究の動機と目的

• 強い光学的爆発の際の3C279からの非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を研究し、VHE変動性と放射メカニズムに関する知見を得ること。
• VHEデータを用いて、星形成および銀河進化に関する不確実性のため未解決のまま残っている、銀河間背景光（EBL）密度を制限すること。
• 異なるEBL吸収シナリオ下で、観測されたVHEスペクトルがレプトン系放射モデル（SSCおよびEC）と整合するかを検証すること。
• 3C279の固有スペクトルが標準的なレプトン系モデルに適合するか、それとも内部吸収や狭い電子分布といった代替メカニズムを要するかを特定すること。
• 特に同時観測された光学およびVHEガンマ線データを組み合わせることで、遠方のブラザールのジェット物理学の理解を深めること。

提案手法

• ラ・パルマのマジック-I望遠鏡が、トゥオラ天文台およびKVA望遠鏡で検出された強い光学フレアを受けて、2007年1月に3C279のVHEガンマ線観測を実施した。
• データ収集はオン/オフモードで実施され、同じ大気条件下で源点とバックグラウンド領域の両方を測定することで、バックグラウンドの差し引きを可能にした。
• 2007年のデータ解析では、向上した2 GHzリードアウトシステムを活用し、シャワーの時間分解能が向上し、60 GeVのしきい値近辺での感度が向上した。
• バックグラウンド差し引きと源の有意性は、標準的なマジック解析ソフトウェアを用いて計算され、観測夜にわたる複数回の試行による補正が行われた。
• 観測スペクトルの吸収を補正するため、2種類の極端なEBLモデル（プリマックらの低吸収モデルとスタッカーらの高吸収モデル）を用いて、固有VHEスペクトルを再構築した。
• 1ゾーンSSC+EC放射モデルをスペクトルエネルギー分布（SED）にフィットさせ、KVA望遠鏡の同時光学データと低EBLモデル下での補正済みマジック点を組み込んだ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EBL吸収を補正した後、3C279の固有VHEガンマ線スペクトルはどのようになるか？
• RQ2 2007年1月の光学的爆発と、観測されたVHEフラックスの変動性に相関があるか？
• RQ3 低吸収モデルと高吸収モデルのうち、3C279の観測されたVHEスペクトルを最もよく説明するのはどちらか？
• RQ4 低EBL吸収を補正した状態で、1ゾーンSSC+ECモデルが3C279の観測SEDを再現できるか？
• RQ5 3C279の固有光子指数は、標準的なレプトン系放射メカニズムと整合的か、それとも内部吸収や狭い電子分布によるスペクトルの硬化を要するか？

主な発見

• 2006年2月23日には、試行補正後の5.8σの有意性を示す、3C279の有意なVHEガンマ線検出が達成され、源のVHE活動が確認された。
• 2007年の観測では、フレアに一致する有意性レベルでの3C279検出が得られ、光学的爆発と相関する強いVHE変動性が示された。
• 低EBL吸収モデル下で、固有スペクトル指数はα_int = 2.9 ± 0.9（統計誤差）± 0.5（系誤差）と算出され、物理的に妥当で、標準的なレプトン系モデルと整合的であった。
• 高EBL吸収モデル下では、固有スペクトル指数はα_int = 0.5 ± 1.2（統計誤差）± 0.5（系誤差）と算出されたが、これはEGRETデータや一般的なSED制約と整合せず、不自然であった。
• データから得られた0.2–2 μmのEBL密度の上限は、銀河数の下限と整合しており、低EBL状況を支持する。
• 低EBLモデルを用い、同時に取得された光学KVAデータを組み込んだ1ゾーンSSC+ECモデルは、SEDに良好にフィットし、シンクロtron放射、SSC、外部コンプトン放射の各成分が明確に分離された。