[論文レビュー] The Connection between Radio and Gamma-ray Emission in Active Galactic Nuclei

M. Giroletti, A. Reimer+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 14

ひとこと要約

本論文は、フェルミ-LATおよび電波調査データを用いて、活動銀河核（AGN）、特にブラザールの電波とガンマ線放射の関係を調査している。電波とガンマ線の放射度の間に強い相関（スピアマンのrho = 0.57）が見られ、スペクトルが平坦な電波クェーサー（FSRQ）が明るいガンマ線源集団を支配しており、電波の縦放射度は7桁の範囲をカバーしており、特徴的に超大質量ブラックホール付近の相対論的ジェット過程による共通の起源を支持している。

ABSTRACT

Radio and gamma-ray emission from active galactic nuclei (AGN) are thought to share a common origin, related to the ejection phenomena in the vicinity of supermassive black holes. Thanks to its sensitivity, surveying capability, and broad energy range, the Large Area Telescope (LAT) onboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope has permitted us to discover and characterize a huge number of extragalactic gamma-ray sources. Similarly to what was found by EGRET, these sources are typically associated with blazars, characterized by significant radio emission and flat spectrum. The radio luminosity distribution is extended over 7 orders of magnitudes, with flat spectrum radio quasars clustered at higher powers and BL Lacs more scattered; the average spectral index is consistent with alpha=0, although a few remarkable sources have alpha>0.5. A comparison of the radio flux density and the gamma-ray photon flux is presented, although claims on its significance require a detailed discussion and Monte Carlo simulations which will be presented in a future paper.

研究の動機と目的

• 電波放射とガンマ線放射の物理的関連性を、特にブラザールを含む外部銀河的天体において調査すること。
• AGN集団全体を通じて、電波放射度とガンマ線光子放射度の間に直接的な相関が存在するかを特定すること。
• フェルミ-LATで検出されたAGN、特にFSRQとBL Lacsの電波放射度およびスペクトル的性質を特徴づけること。
• 観測的バイアスおよび選択効果が電波-ガンマ線相関を解釈する際に果たす役割を評価すること。
• モンテカルロシミュレーションと同時多波長データを用いた今後の詳細な分析の基盤を築くこと。

提案手法

• フェルミ-LATの明るいAGNサンプル（LBAS）および初期の1年間LATカタログを用いて、高緯度のガンマ線源を特定・分類した。
• CRATESおよびBZCatカタログを用いて、ガンマ線源と電波対応源を照合した。これらのカタログは8.4 GHzおよび低周波数（例：NVSS）の電波データを提供している。
• 異なる周波数における放射度比を用いて、スペクトル指数αを測定した。定義はS(ν) ∝ ν^−αである。
• 電波放射度と平均ガンマ線光子放射度の間の相関を調べるために、電波-ガンマ線放射度平面を構築した。
• 電波-ガンマ線放射度相関の強さを定量化するために、スピアマンの順位相関係数を適用した。
• 今後の計画として、有意性を評価し、選択効果およびバイアスを補正するためのモンテカルロシミュレーションを実施する予定である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGN、特にブラザールにおいて、電波とガンマ線放射度の間に統計的に有意な相関が存在するか？
• RQ2 フェルミ-LAT源集団におけるFSRQとBL Lacsの間で、電波放射度およびスペクトル指数の分布にどのような差が生じるか？
• RQ3 観測バイアスおよび選択効果が、観測された電波-ガンマ線相関にどの程度影響を及えるか？
• RQ4 相対論的ビーミングおよび逆コンプトン放射が、電波とガンマ線放射メカニズムを結びつける役割を果たすか？
• RQ5 LATで検出されたサンプルにおける電波銀河の電波およびガンマ線特性は、FSRQとBL Lacsと比べてどのように異なるか？

主な発見

• フェルミ-LAT調査における高緯度の明るいガンマ線源（|b| > 10°）の93％が電波が強いAGNと関連しており、106個のLBAS源のうち96個がブラザールである。
• LBASサンプルの平均電波スペクトル指数は⟨α⟩ = 0.02 ± 0.27であり、平坦スペクトル放射を示しており、コンパクトで自己吸収されたジェット成分を示している。
• 電波放射度は7桁の範囲をカバーしており、FSRQではlog L_r,FSRQ = 44.2 ± 0.7 erg s⁻¹でピークに達し、BL Lacsではlog L_r,BL Lacs = 42.2 ± 1.2 erg s⁻¹である。
• 1年間サンプルにおける電波とガンマ線放射度の間のスピアマンの順位相関係数はρ = 0.57であり、中程度の有意な相関を示している。
• スペクトル指数が急な電波スペクトル（α > 0.5）を示す源のわずかだが有意な尾部が存在し、M87 や ケンタウルスA といった既知の源が含まれる。
• 電波-ガンマ線放射度平面における分布は1年間サンプルでより多く集積されており、FSRQは高い電波およびガンマ線放射度に集中しているが、BL Lacsはより広い散らばりを示している。