[論文レビュー] Spectral Studies of Flaring FSRQs at GeV Energies Using Pass 8 Fermi-LAT Data

R. J. Britto, S. Razzaque+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2015

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、5.5年間のPass 8 Fermi-LATデータを用いて、明るいFSRQにおけるGeV帯ガンマ線フレアを分析し、広帯域線領域（BLR）におけるガンマ-ガンマ吸収を多線分ブレイト・ウィグナー放射場を用いてモデル化する。3C 454.3およびTXS 1520+31で約3σの有意性を持つ吸収の兆候が見られるものの、BLR吸収の明確な証拠は得られず、ガンマ線放射領域がBLRの外縁部または外側にある可能性を示唆する。

ABSTRACT

Flat spectrum radio quasars (FSRQs) are bright active galactic nuclei surrounded by gas clouds within a UV-visible intense radiation field that form the so-called broad line region (BLR). These objects emit relativistic jets from a region close to the central supermassive black hole and through the BLR. The Fermi-Large Area Telescope (Fermi-LAT) is sensitive to gamma-ray photons from $\sim$30 MeV to more than 300 GeV. We have performed spectral analysis of bright FSRQs in a 5.5 year (2008-2014) data sample collected by Fermi-LAT, using the new Pass 8 event selection and instrument response function. Also, our study of flaring episodes in a limited time range brings interesting results while compared to the full 5.5 year data samples.

研究の動機と目的

• 高エネルギーのガンマ線データを用いて、平坦スペクトル電波クェーサー（FSRQ）の広帯域線領域（BLR）におけるガンマ-ガンマ吸収を調査すること。
• UV線スペクトル線からのBLR光学厚さをモデル化することで、FSRQジェット内のガンマ線放射領域の位置を制約すること。
• 静穏状態とフレア状態のスペクトルエネルギー分布（SED）を比較し、吸収特徴の変化を検出すること。
• 吸収モデルを含む・含まない両方のスペクトルフィットに対して統計的検定を実施し、BLR吸収の有意性を評価すること。
• データ選択（Pass 7対Pass 8）およびボーリングの影響がスペクトルフィットの一貫性に与える影響を評価すること。

提案手法

• NV、Lyα、OVI、CIII、NeVIII、HeIIの6つの主要なUV線を用い、ブレイト・ウィグナー線形プロファイルを用いてBLR放射場をモデル化する。
• 電子の静止質量および古典的半径を組み込んだ式 τγγ(E,z) = a × RBLR × (dτγγ/dx)(E,z) を用いて、ガンマ-ガンマ対生成の光学厚さを計算する。
• 5.5年間のFermi-LATデータ（2008–2014年）を用い、Pass 8のイベント選択および機器応答関数を適用して、7つの明るいFSRQに対して適用する。
• 観測されたSEDに複数のモデルをフィットする：累乗則（PL）、対数放物線（LP）、折りたたみ型累乗則（BPL）、指数的カットオフ付き累乗則（PLEC）、それぞれ吸収モデルを含む・含まない両方を含む。
• 10°のROI内で非バッチド尤度解析を実施し、銀河系および等方的背景放射、および2FGL点源を含める。
• χ²およびΔχ²統計量を計算して、BLR吸収を含める意義をテストし、モデル比較のためのp値を算出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FSRQのBLRにおけるGeVエネルギー領域でのガンマ-ガンマ吸収に、有意な証拠が存在するか？
• RQ2 フレア状態におけるスペクトル形状は静穏状態と比べてどのように異なるか？ これは放射領域の位置のシフトを示唆するか？
• RQ3 個々のFSRQについて、BLR吸収を含むモデルと含まないモデルの間で、スペクトルモデルの差異の有意性は何か？
• RQ4 Pass 8データの結果はPass 7と比較してどう異なるか？特に2つの最も明るい源について。
• RQ5 観測された吸収特徴に基づいて、ガンマ線放射領域の位置を制約できるか？

主な発見

• 全5.5年間のFSRQサンプルにおいて、BLR吸収は有意に検出されず、大多数のモデルで吸収を含めるという統計的優位性は認められない。
• 3C 454.3では、BPLとBPL+τモデルを比較した際、p値が約2.2×10⁻³（対応する有意水準は約3σ）のBLR吸収の兆候が観測された。
• TXS 1520+31に対しても同様の3σレベルの吸収の兆候が見られたが、高い有意性では確認されていない。
• 放射領域位置パラメータa（発光がBLR半径のどの割合の位置で発生するかを表す）は非常に低い値に制限され、例えばLP+τモデルでは3C 454.3でa ≈ 0.007となる。これは発光がBLRの外側にあることを示唆する。
• 3C 454.3およびPKS 1510-089について、Pass 7とPass 8のSEDは一致しており、スペクトル解析にPass 8データを用いることの妥当性が裏付けられた。
• PKS 1424-41のフレア時におけるSEDは、すべてのモデルで大きなχ²値を示し、標準モデルではうまくフィットできない複雑なスペクトル形状であることが示された。