[論文レビュー] OVRO 40 m Blazar Monitoring Program: Location of the gamma-ray emission region in blazars by the study of correlated variability at radio and gamma-rays

W. Max-Moerbeck, J. L. Richards+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、OVRO 40 mモニタリング計画とFermi-LATのデータを用いて、15 GHzの電波と100 MeV–200 GeVのガンマ線放射の相関変動を分析することで、ブレーザーにおけるガンマ線放射の空間的位置を調査した。86個の明るいブレーザーのうち、唯一の源（J0238+1636）が−30 ± 8日遅れで3σ以上の有意な電波-ガンマ線相関を示した。これは、ガンマ線放射が電波放射ジェットと同じ領域から発生している可能性を示唆しているが、より広い集団に対してこれを確認するにはさらなるデータが必要である。

ABSTRACT

Blazars are powerful, variable emitters from radio to gamma-ray wavelengths. Even though the general picture of synchrotron emission at low energies and inverse Compton at the high energy end is well established, many important aspects of these remarkable objects are still not well understood. For example, even the location of the gamma-ray emission region is still not clearly established, with some theories locating it close to the black hole/accretion disk while others place it at parsec scales in the radio jet. Since mid-2007 we have carried out a large scale monitoring program at 15 GHz using the OVRO 40 m telescope. We are currently observing about 1700 blazars twice per week. The sample includes all the Fermi-LAT detected blazars north of declination -20 degrees. Here, we study the existence of correlated variability between these two bands for 86 sources bright enough to be detected weekly by LAT. The existence of correlated variability can be interpreted as an indication of a related spatial locations for the radio and gamma-ray emission, making the evaluation of its statistical significance a key goal of our program. A study of the statistical significance of these cross-correlations is presented along with a discussion of the Monte Carlo simulations used to evaluate them. More information about the conditions on the radio emission zone can be obtained through polarization monitoring which tells us about the configuration of the magnetic fields in this region. To study radio polarization variability we are building KuPol, a radio polarization receiver for the 12 to 18 GHz band that will replace the current total power receiver at the OVRO 40 meter telescope.

研究の動機と目的

• ブラックホール付近の内側ジェットとパーセクスケールのジェット領域との間で、ガンマ線放射の位置がまだ明確でないため、その空間的位置を特定すること。
• 電波帯とガンマ線帯の間の相関変動が、共通の放射領域を示しているかどうかを検証すること。
• 交差相関の統計的有意性検定を用いて、放射領域間の物理的関連性を推論すること。
• KuPol受信機による新しい偏光測定を統合し、磁場の進化を長期間にわたりモニタリングすることを改善すること。
• 2012年のMrk 421の活発な噴出イベントのような主要な噴出イベントを含める分析を拡張し、長時間スケールでの変動相関を評価すること。

提案手法

• 2008年から2012年までの週次ボーリング電波光曲線（15 GHz、OVRO 40 m）とガンマ線光曲線（100 MeV–200 GeV、Fermi-LAT）の交差相関分析。
• 不規則なサンプリングに対処するため、離散的相関関数（DCF）の使用。
• ランダムな交差相関振幅の分布を推定し、有意性を評価するために20,000回のモンテカルロシミュレーションを実施。
• パワースペクトル密度（PSD）モデリング：P(f) ∝ 1/f^β。β_radio = 2.3（OVROサンプルより）、β_γ = 1.6（明るいBL LacsおよびFSRQsより）。
• シミュレートされたランダム相関からのp値を用いた有意性評価。2σおよび3σの閾値を設定。
• 2012年のMrk 421の噴出を含む拡張された光曲線を統合し、遅れの一貫性を評価したが、後向き分析の懸念があるため注意が必要。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermiで検出されたブレーザーにおいて、電波とガンマ線の変動の間に有意な時間遅れがあるか。これは放射領域間の物理的関連性を示唆するか？
• RQ2 ノイズと不規則なサンプリングを考慮した上で、電波とガンマ線光曲線間の観測された交差相関の統計的有意性は何か？
• RQ3 観測された相関は、ガンマ線放射領域の位置を制限できるか。ブラックホールに近いか、それともパーセクスケールの距離か？
• RQ4 2012年のMrk 421の活発な噴出イベントのような主要な噴出イベントは、観測された電波-ガンマ線相関にどのような影響を与えるか？
• RQ5 近い将来のKuPol受信機による偏光変化は、放射領域における磁場の進化をどの程度追跡するのに役立つか？

主な発見

• 86個の明るいFermi検出ブレーザーのうち、電波とガンマ線両方の帯域で検出可能な変動を示したのは63個にとどまり、交差相関分析のサンプルが制限された。
• J0238+1636という1つの源が、−30 ± 8日遅れで3σを超える有意な交差相関ピークを示し、99.9%の信頼水準で、電波とガンマ線放射領域が重なっている可能性を示唆した。
• 6つの追加源が2σ以上の相関を示したが、そのうち5つはノイズが高く、ゆっくりとしたトレンドのため信頼性が低く、J1504+1029が唯一の信頼できる候補とされた。この源の有意水準は−40 ± 13日で98.5%であった。
• 2012年のMrk 421の主要な噴出では、2つの有意な交差相関ピークが観測された：1つは520日（98.8%の有意水準）、もう1つは−40日（96.3%の有意水準）。ただし、後者については事後的統計バイアスの懸念がある。
• 電波帯のPSD指数はβ_radio = 2.3、ガンマ線帯の指数はβ_γ = 1.6と測定され、以前の集団研究と整合的であった。
• 12–18 GHz帯の偏光受信機であるKuPolの開発により、将来的に磁場構造とその放射変動への寄与を研究できるようになった。