[論文レビュー] Recent multi-wavelength campaigns in the Fermi-GST era

Lars Fuhrmann|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、フェルミ-GST時代におけるマルチウェーブレングス（MW）キャンペーンをレビューし、電磁スペクトル全域でフェルミ/LATと地上・宇宙機器を用いた連携観測を実施した3つのブラークスター（3C 279、PMN J0948+0022、3C 454.3）を対象としている。主な結果として、高出力ブラークスターにおいて100 MeVを超えるエネルギーで最初に検出されたスペクトルブレーク、3C 454.3におけるγ線、光学、ミリ波帯で強い相関、およびフレア状態と関連する準周期的変動と偏光の回転が観測された。

ABSTRACT

Since 2008 the Fermi/LAT instrument has delivered highly time-resolved gamma-ray spectra and detailed variability curves for a steadily increasing number of AGN. For detailed AGN studies the Fermi/LAT data have to be combined with, and accompanied by, dedicated ground- and space-based multi-frequency observations. In this framework, the Fermi AGN team has realized a detailed plan for multi-wavelength campaigns including a large suite of cm/mm/sub-mm band instruments. Many of those campaigns have been triggered, often for sources detected in flaring states. We review here a few interesting results recently obtained during three such campaigns, namely for the flat-spectrum radio quasar 3C 279, the Narrow Line Seyfert 1 PMN J0948+0022 and quasar 3C 454.3.

研究の動機と目的

• 連携マルチウェーブレングス観測を用いて、活発銀河核（AGN）におけるγ線放射およびその変動の物理的メカニズムを調査すること。
• フェルミ/LATデータと電波、光学、X線、TeV観測を組み合わせることで、γ線放射領域の位置および性質を特定すること。
• 特にフレア状態において、電磁スペクトル全域におけるスペクトルの進化と変動パターンを調査すること。
• 全バンドスペクトルエネルギー分布を用いて、シンクロtron自己コンプトン（SSC）および外部コンプトン（EC）シナリオなどのジェット放射モデルを検証すること。
• 衝撃波および磁場が相対論的ジェットにおける変動および偏光行動をどのように形作っているかを調査すること。

提案手法

• フェルミ/LATによるフレア検出をトリガーとして、γ線、電波、赤外、光学、UV、X線、TeV帯にわたる一時的および長期的なマルチウェーブレングスキャンペーンを実施した。
• スイフト、RXTE、スピッツァー、VLBA、EVN、MOJAVE、TANAMI、チェレンコフ望遠鏡（HESS、VERITAS）を含む多数の地上および宇宙機器ネットワークを活用した。
• γ線、光学、ミリ波帯の光度曲線間の時系列解析およびクロスバンド相関解析を実施し、変動の整合性を特定した。
• 電波変動およびスペクトル進化からドーナツ係数を測定し、シンクロtron自己吸収およびγ線ペア生成モデルによる整合性の確認も行った。
• 3C 279におけるフレア期の磁場再編成を調査するため、光学偏光角の変動を分析した。
• SSCおよびECモデルによるスペクトルエネルギー分布のモデリングを行い、シンクロtron折り返し周波数の進化を用いて衝撃波ジェットシナリオを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 454.3のγ線スペクトルにおいて観測された100 MeVを超えるエネルギーでのスペクトルブレークは、電子エネルギー分布の固有のブレーク、または光子-光子対生成によるγ線吸収に起因するものか？
• RQ2 3C 279および3C 454.3における急速なγ線フレアは、他の波長帯での変動とどのように関連しているか？これは放射領域の位置について何を示唆するか？
• RQ3 3C 454.3で観測された準周期的変動（約20日および約60日周期）は、γ線、光学、ミリ波帯でどのように共通して現れるか？
• RQ4 3C 279におけるフレア期の光学偏光角の変動は、磁場再編成およびジェットダイナミクスとどのように関係しているか？
• RQ5 観測されたミリ/サブミリ波帯の光度曲線およびスペクトル進化は、ブラークスター変動の衝撃波ジェットモデルをどの程度支持するか？

主な発見

• フェルミ/LATデータにより、3C 454.3で100 MeVを超えるエネルギーでスペクトルブレークが検出された。これは、電子エネルギー分布の固有のブレーク、または光子-光子対生成によるγ線吸収を示唆する可能性がある。
• 3C 454.3において、γ線、光学（Rバンド）、ミリ/サブミリ波帯（SMA、IRAM 30-m）の光度曲線間に強い相関が確認され、全バンドスペクトルにおける一貫した変動が示された。
• 3C 454.3では、γ線、光学、ミリ波帯で、速やか（約20日）および遅い（約60日）成分を有する準周期的変動が検出され、開始および終了時刻が類似していた。
• 3C 279の光学偏光角は、2回目のγ線フレア期に滑らかに回転した。これは、フレア活動と関連する磁場再編成を示唆している。
• 電波変動から導かれたドーナツ係数（3–9）は、スペクトルモデリングからの結果と整合的であり、相対論的流れの存在を支持する。
• 3C 454.3におけるシンクロtron折り返し周波数の進化は、衝撃波ジェットモデルに一致するが、コンプトンフェーズでの逸脱は、単純な衝撃モデルを超える追加のプロセスを示唆している。