[論文レビュー] Models for the Spectral Energy Distributions and Variability of Blazars

Markus Boettcher|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 34

ひとこと要約

本稿は、ブレーザーのスペクトルエネルギー分布（SED）および変動性に関する理論的モデルをレビューし、レプトニックおよびレプト・ハドロン的アプローチを比較する。時間に依存する、半解析的シャワーインジェットモデルが、複雑なSEDと変動する時間遅れを再現できることを示しており、外部放射エネルギー密度のわずかな変化が、バンド間時間遅れを逆転させることで、観測間で一貫性のない遅れが生じることを説明している。

ABSTRACT

In this review, recent progress in theoretical models for blazar emission will be summarized. The salient features of both leptonic and lepto-hadronic approaches to modeling blazar spectral energy distributions will be reviewed. I will present sample modeling results of spectral energy distributions (SEDs) of different types of blazars along the blazar sequence, including Fermi high-energy gamma-ray data, using both types of models. Special emphasis will be placed on the implications of the recent very-high-energy (VHE) gamma-ray detections of non-traditional VHE gamma-ray blazars, including intermediate and low-frequency-peaked BL Lac objects and even flat-spectrum radio quasars. Due to the featureless optical spectra of BL Lac objects, the redshifts of several BL Lacs remain unknown. I will briefly discuss possible constraints on their redshift using spectral modeling of their SED including Fermi + ground-based VHE gamma-ray data. It will be shown that in some cases, spectral modeling with time-independent single-zone models alone is not sufficient to constrain models, as both leptonic and lepto-hadronic models are able to provide acceptable fits to the overall SED. Subsequently, recent developments of time-dependent and inhomogeneous blazar models will be discussed, including detailed numerical simulations as well as a semi-analytical approach to the time-dependent radiation signatures of shock-in-jet models.

研究の動機と目的

• FSRQからHBLに至るブレーザー・シーケンス全域におけるブレーザーSEDのモデリングに関する最近の理論的進展をレビューすること。
• 高エネルギーおよびVHE γ線観測が含まれる状況において、時間に依存しない単一ゾーンモデルがSEDを制約する際の限界を評価すること。
• 中間的および低周波数ピークを持つBL LacsやFSRQsなど、従来の源とは異なる源における最近のVHE γ線観測の意味を検討すること。
• 時間に依存するおよび不均一なモデルが、マルチバンド変動性、時間遅れ、スペクトルヒステリシスを説明する役割を調査すること。
• 半解析的シャワーインジェットモデルを構築・適用し、パラメータ空間を効率的に探索し、観測可能なシグネチャーを予測すること。

提案手法

• Fermiおよび地上ベースのVHE γ線データを組み込んだ、ブレーザーの全バンドSEDに適合するための1ゾーンレプトニックおよびレプト・ハドロン的モデルを用いる。
• 赤方偏移が不明なBL Lacsの赤方偏移制約を、SEDフィッティングを通じて時間に依存しないモデルを適用して評価する。
• 時間および空間に依存する電子スペクトルを計算するための半解析的内部シャワー・モデルを開発し、シャワー加速および放射冷却を考慮する。
• シンクロtron放射および外部コンプトン放射の観測を、発光度のδ関数近似を用いて解析的に評価し、SSC放射については数値積分を用いる。
• 光学、X線、γ線光度曲線間のバンド間時間遅れを計算するために、離散相関関数（DCF）分析を用いる。
• 外部放射エネルギー密度（u_ext）を体系的に変化させ、SEDの形、コンプトン支配度、および時間遅れパターンに与える影響を調査する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間に依存しない単一ゾーンモデルは、特にVHE γ線観測が含まれる場合に、ブレーザーのSEDを一貫して制約できるか？
• RQ2 外部放射エネルギー密度（u_ext）の変化が、シャワーインジェットモデルにおけるSEDの形およびコンプトン支配度に与える影響は何か？
• RQ3 時間に依存するシャワーインジェットモデルにおいて、光学、X線、γ線バンド間の予測される時間遅れパターンは何か？
• RQ4 同じブレーザー源内で観測されたバンド間時間遅れが、なぜ一貫性のない変動を示すのか？
• RQ5 半解析的モデルは、マルチバンドキャンペーンで観測される複雑な変動パターンを再現するために、パラメータ空間を効率的に探索できるか？

主な発見

• レプトニックおよびレプト・ハドロン的モデルの両方が、同じSEDに対して妥当なフィットを提供できることから、単一ゾーンモデルのみでは、ブレーザー放射メカニズムを一意に制約できないことが示された。
• 半解析的シャワーインジェットモデルは、外部放射エネルギー密度（u_ext）の増加に伴い、FSRQ的行動からBL Lacs的行動への遷移を含む、SEDの主要な特徴をうまく再現できた。
• u_extのわずかな変化が、バンド間時間遅れに顕著な変化をもたらし、符号の逆転を引き起こすことが示され、観測間で一貫性のない時間遅れが生じる理由を説明できた。
• 光度曲線間の相互相関の質（ピークDCF値で測定）はu_extに強く依存しており、モデルパラメータに大きな感受性があることが示された。
• モデルは、シャワー力学および冷却時間スケールから、微分的変動および硬度-強度ダイアグラムにおけるスペクトルヒステリシスが自然に生じることを予測した。
• 本研究は、特にHBLおよび従来のVHE源とは異なる源において、時間に依存する不均一なモデルが、観測された複雑な変動性および時間遅れ行動を説明するために不可欠であることを示した。