[論文レビュー] Optical Spectrophotometric Monitoring of Fermi/LAT Bright Sources

V. Patiño-Álvarez, V. Chavushyan+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2013

Nuclear Physics and Applications被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、メキシコのOAGHにある2.1m望遠鏡を用いて、11個のFermi/LAT高輝度ブレーザー（主にフラットスペクトル電波クェーサーおよび1個の幅の狭いラインを示すセーファー1型銀河）を対象とした、継続的な光度的スペクトロフォトメトリックモニタリング計画を提示する。観測は概ね5日ごとに行われ、全波長の発光線（例：Hβ、Mg II λ2800）および連続スペクトルの変動を追跡し、ジェット活動と広帯域発光線領域（BLR）の力学的関係を調査する。Mg IIと紫外線連続スペクトルの相関するフレアの証拠が、相対論的ジェット成分とBLR応答との間の関連を支持する。

ABSTRACT

We describe an ongoing optical spectrophotometric monitoring program of a sample of Fermi/LAT bright sources showing prominent and variable γ-ray emission, with the 2.1m telescope at Observatorio Astrofísico Guillermo Haro (OAGH) located in Cananea, Sonora, México. Our sample contains 11 flat spectrum radio quasars (FSRQ) and 1 Narrow Line Seyfert 1 (NLSy1) galaxy. Our spectroscopic campaign will allow us to study the spectroscopic properties (FWHM, EW, flux) of broad-emission lines in the optical (e.g. Hβ) and mid-UV (e.g. Mg II λ2800) regimes, depending on the redshift of the source. The cadence of the broad emission lines monitoring is about five nights per month which in turn will permit us to explore whether there is a correlated variability between broad emission line features and high levels of γ-ray emission.

研究の動機と目的

• Fermi/LAT高輝度ブレーザーにおける広帯域発光線（例：Hβ、Mg II λ2800）のスペクトル的変動を調査し、広帯域発光線領域（BLR）の構造と力学的性質を解明すること。
• 広帯域発光線の変動が高エネルギーγ線活動と相関するかどうかを特定することで、ブレーザーにおけるγ線生成の場所とメカニズムに関する知見を得ること。
• 高時間分解能の光学／紫外線スペクトルデータを提供することで、多波長キャンペーンを補完し、γ線ブレーザーの内側領域の幾何学的・物理的性質をマッピングすること。
• 相対論的ジェット成分がBLRに応答を引き起こすという仮説を検証すること。これは、3C 454.3で観測された過去のフレアから示唆されている。

提案手法

• OAGHの2.12m望遠鏡を用い、Boller & Chivensスペクトロメータと1024×1024 SITe CCD検出器を用いて光学的スペクトロフォトメトリック観測を実施する。
• 観測の周期は月に約5日おきであり、Fermi/LATのγ線光曲線と時間的相関をとることが可能である。
• データ還元にはIRAFパッケージを用い、波長校正にはHe-Ar比比較ランプを、フラックス校正には毎晩観測された標準星を用いる。
• Fe II発光の影響を補正するため、既知の減算技術（Torrealbaら、2012年）を用い、特にMg II複合体のような重ね合わせが強い領域で特に重要である。
• ほとんどの観測においてスペクトル分解能は約15 Å FWHMであり、広帯域発光線プロファイルおよびフラックスの変動を検出可能である。
• 本プログラムはスチュアード天文台のモニタリングキャンペーンと補完的であり、γ線（Fermi/LAT）、光学（Vバンド）、近赤外（OAGH、SMARTS）、および将来のX線観測データを統合している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermi/LAT高輝度ブレーザーにおいて、広帯域発光線フラックス（例：Hβ、Mg II λ2800）と高エネルギーγ線放射との間に時間的相関する変動が存在するか？
• RQ2 フレア中の広帯域発光線プロファイルの形状変化は、BLRの物理的状態の変化を示唆するか？
• RQ3 観測された発光線の変動は、3C 454.3で観測されたように、超光速ジェット成分の通過と関連していると見なせるか？
• RQ4 連続スペクトルフレアに対するBLRの応答は、電波コア付近にBLR雲が存在することを支持するか？
• RQ5 BLRはγ線生成メカニズムにおいて果たす役割は何か。具体的には、逆コンプトン散乱のための種光子源として機能するか？

主な発見

• 2011年1月から4月にかけて3C 273でスペクトル的変動が観測され、連続スペクトルおよび発光線フラックスに明確な変化が認められ、広帯域発光線領域における動的変化を示している。
• 3C 454.3のMg II λ2800発光線フレアは、超光速ジェット成分が電波コアを通過する時期と一致しており、非熱的光学連続スペクトルのフレアとも一致しており、ジェット活動とBLR応答との直接的な関連を示唆している。
• 本モニタリングプログラムは、表1にリストされた12個の天体について、フラックスキャリブレーション済みスペクトルの大量データセットを蓄積しており、2011年以降継続して観測が行われている。
• スペクトル分解能（約15 Å FWHM）は、広帯域発光線プロファイルを解像し、時間経過に伴うフラックスおよびプロファイル変動を検出するのに十分である。
• Fe II発光の減算が成功裏に適用され、特にMg II領域での線フラックス測定の正確性が向上した。
• 本キャンペーンの5日周期の観測頻度は、最も明るいFermi/LATブレーザーの変動 timescale に合致しており、多波長相関研究を強固に可能としている。