[論文レビュー] Multi-frequency monitoring of gamma-ray loud blazars: I. Light curves and spectral energy distributions

U. Bach, C. M. Raiteri+24 more|ArXiv.org|Dec 6, 2006

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 32

ひとこと要約

本研究では、18か月にわたる連携観測に基づき、35個のガンマ線強度が高いブラザールに、多周波数の電波〜可視光の光度曲線およびスペクトルエネルギー分布（SED）を提示する。全バンドで顕著な変動が観測され、3C 454.3のような源では、高周波数から低周波数へとフレアが伝播する傾向が示され、ジェット放射モデルに重要な制約を与え、GLAST や AGILE といった高エネルギー宇宙望遠鏡ミッションを支援する。

ABSTRACT

Context: Being dominated by non-thermal emission from aligned relativistic jets, blazars allow us to elucidate the physics of extragalactic jets, and, ltimately, how the energy is extracted from the central black hole in radio-loud active galactic nuclei. Aims: Crucial information is provided by broad-band spectral energy distributions (SEDs), their trends with luminosity and correlated multi-frequency variability. With this study we plan to obtain a database of contemporaneous radio-to-optical spectra of a sample of blazars, which are and will be observed by current and future high-energy satellites. Methods: Since December 2004 we are performing a monthly multi-frequency radio monitoring of a sample of 35 blazars at the antennas in Medicina and Noto. Contemporaneous near-IR and optical observations for all our observing epochs are organised. Results: Until June 2006 about 4000 radio measurements and 5500 near-IR and optical measurements were obtained. Most of the sources show significant variability in all observing bands. Here we present the multi-frequency data acquired during the first eighteen months of the project, and construct the SEDs for the best-sampled sources.

研究の動機と目的

• ガンマ線強度が高いブラザールの電波〜可視光のSEDを同時期にまとめるデータベースを構築し、高エネルギー人工衛星観測を支援すること。
• 多周波数変動の相関関係と相対論的ジェット内でフレアを駆動する物理的メカニズムを調査すること。
• 異なる周波数でのflux変動の時間遅れを特定し、ジェットのダイナミクスおよび放射領域のサイズを制約すること。
• フレア中のスペクトル形状の進化を分析し、電子エネルギー分布および放射過程を推定すること。
• シャツインジェットやランタンプ効果といったモデルの検証に役立てる長期的で多波長のデータを提供すること。

提案手法

• イタリア国立天文学研究所（INAF）のメディチナおよびノト電波望遠鏡を用いて、5、8、22 GHzで月1回の電波モニタリングを実施。
• 35個のブラザール標本の全観測エポックにおいて、近赤外および可視光のphotometryを同時に実施。
• 時間遅れバイアスを回避するために、同じ観測エポックのデータを用いて同時期のSEDを構築。
• 周波数ごとのflux変動傾向を分析し、時間遅れや相関行動を特定。
• AGILE や GLAST などのミッションからのX線およびTeV観測とのアーカイブデータと照合し、クロス識別を実施。
• 標準的なSEDフィッティング手法を用い、シンチロトロン放射および逆コンプトン放射成分の推定とその進化を分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラザールのflux変動は、電波、近赤外、可視光バンドでどのように相関しているか。また、観測される時間遅れは何か。
• RQ2 3C 454.3のような主要フレア時におけるSEDのスペクトル進化はどのようなものか。これは電子エネルギー分布に何を示唆するか。
• RQ3 フレアが高周波数から低周波数へとどの程度伝播するか。これは放射領域のサイズおよびジェットダイナミクスに何を示唆するか。
• RQ4 全標本において、非色変動（アキロマチック）と色変動（クロミティック）の変動行動はどのように異なっているか。これにより放射メカニズムに何が示唆されるか。
• RQ5 観測された多周波数光度曲線は、シャツインジェットまたはランタンプモデルの予測とどのように一致するか。

主な発見

• 18か月にわたり、4,000件を超える電波測定値および5,500件を超える近赤外／可視光測定値が収集され、高タイムスケールの同時期データセットが構築された。
• 3C 454.3（2251+158）は、R = 12.0（M_B ≈ -31.4）という記録的な可視光フレアを示し、これまでに観測された中で最も明るいクェーサー状態であった。
• 3C 454.3では、22 GHz電波から低周波数へとフレアが伝播する傾向が観測され、可視光ピークが電波ピークよりも先に現れた。
• 1226+023（3C 273）では、22 GHzでの電波フレアが8 GHzおよび5 GHzのフレアよりも先に観測され、衝撃波伝播モデルに整合する時間遅れが示された。
• BL Lac（2200+420）では、アキロマチックおよびクロミティックな変動が観測され、初期の22 GHzフレアから約250日後に、全周波数で同時に第二のフレアが出現した。
• 大多数の源が月次スケールで顕著な変動を示し、多様な放射メカニズムを示す複雑な変動パターンを示した。