[論文レビュー] Study of Blazar activity in 10 year Fermi-LAT data and implications for TeV neutrino expectations

J. R. Sacahui, A. V. Penacchioni+5 more|arXiv (Cornell University)|Nov 25, 2020

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、38個の明るいブラザールにわたる10年間のFermi-LATデータ（100 MeV–300 GeV）を分析し、ガンマ線の稼働周期（DC）、つまり活性状態にいる時間の割合を推定する。2週間ごとのボーリング光度曲線と2つの活動基準を用い、EBL吸収を除いた場合の平均DCは23.08%であった。FSRQとBL Lacsの間に有意な差は認められず、静穏状態ではsub-PeVニュートリノ放出はありえないと結論づけられるが、爆発的活動状態ではそれが可能であるとされ、IceCubeが観測したニュートリノとの関連を支持する。

ABSTRACT

Blazars are the most active extragalactic gamma-ray sources. They show sporadic bursts of activity, lasting from hours to months. In this work we present a 10-year analysis of a sample of bright sources detected by Fermi-LAT (100 MeV - 300 GeV). Using 2-week binned lightcurves (LC) we estimated the Duty Cycle (DC): fraction of time that the source spends in an active state. The objects present different DC values, with an average of $22.74\%$ and $23.08 \%$ when considering (and not) the Extragalactic Background Light ( EBL). Additionally we study the so called "blazar sequence" trend for the sample of selected blazars in the ten years of data. This analysis constrains a possible counterpart of sub-PeV neutrino emission during the quiescent states, leaving the possibility to explain the observed IceCube signal during the flaring states.

研究の動機と目的

• 10年間のFermi-LATデータを用いて、明るいブラザールの長期的ガンマ線活動を定量化すること。
• 38個の明るいブラザールのサンプルについて、活動状態にいる時間の割合である稼働周期（DC）を推定すること。
• DCがsub-PeV宇宙ニュートリノ放射への期待寄与に与える影響、特にIceCube観測との関連を評価すること。
• FSRQとBL Lacsの間のDC値の違いを比較し、赤方偏移、放射度、および爆発的活動期間との相関を評価すること。

提案手法

• Fermi-LATデータ（0.1–300 GeV）を用い、38個の明るいブラザールについて10年間の2週間ごとのボーリング光度曲線を分析する。
• 2つの異なる活動基準を適用する：Tluczykont（フラックス閾値に基づく）とVercellone（ベースラインからのフラックスの逸脱に基づく）。
• 稼働周期（DC）を、2週間の期間内に活動閾値を超える時間の割合として推定する。
• DC推定値に与える影響を評価するため、フラックスモデルに銀河間背景光（EBL）吸収効果を組み込む。
• FSRQとBL Lacsの間のDC値の統計的比較および赤方偏移、放射度、および爆発的活動期間との相関分析を行う。
• 長期的ニュートリノ放射モデルにおける期待ニュートリノフラクチュエーションのスケーリング要因としてDC値を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Fermi-LATデータにおける10年間の明るいブラザールの平均稼働周期（DC）は何か？
• RQ2 EBL吸収を含めると、DC推定値にどのような影響が生じるか？
• RQ3 本サンプルにおけるFSRQとBL Lacsの間でDCに顕著な差があるか？
• RQ4 DCと赤方偏移または放射度との間に相関があるか？
• RQ5 観測されたIceCubeニュートリノ信号は、特に爆発的活動状態においてブラザール活動によって説明可能か？

主な発見

• EBL吸収を考慮しない場合、サンプルの平均稼働周期（DC）は23.08%であり、考慮した場合は22.74%であった。
• DC値は約8%から43%の広い範囲を示しており、サンプル全体で活動レベルの顕著なばらつきが認められる。
• DCと赤方偏移または放射度との間に有意な相関は認められず、活動レベルが源の距離や固有の明るさと系として関連しているとは考えられない。
• FSRQとBL Lacsの間でDC値の顕著な差は認められず、2つの亜クラス間で類似した長期的活動パターンがあることが示された。
• DCと爆発的活動期間との間に相関がないことから、長期間の爆発的活動が必ずしも高い稼働周期をもたらすわけではないことが示された。
• 静穏状態におけるsub-PeVニュートリノ放出の可能性が制限され、IceCubeが観測したニュートリノイベントの最も妥当な発生源は爆発的活動状態であると考えられる。