[論文レビュー] The Cosmic Evolution of Fermi BL Lacertae Objects

M. Ajello, D. Gasparrini+15 more|Sep 30, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 27

ひとこと要約

本研究では、これまでで最大かつ最も包括的なフェルミ選択BLラクティック対象のサンプル（211件の源、うち206件が赤方偏移を有する）を提示し、発光関数モデリングを用いて宇宙の進化パターンを明らかにした。ほとんどのBLラクティッククラスはz ≈ 1.2でピークを示す正の進化を示すが、高シンクロトロンピーク（HSP）BLラクティックはz ≲ 0.5でピークを示す強い負の進化を示しており、これは合体駆動進化の最終段階に相当する可能性を示唆している。

ABSTRACT

Fermi has provided the largest sample of gamma-ray selected blazars to date. In this work we use a uniformly selected set of 211 BL Lacertae (BL Lac) objects detected by it Fermi during its first year of operation. We have obtained redshift constraints for 206 out of the 211 BL Lacs in our sample making it the largest and most complete sample of BL Lacs available in the literature. We use this sample to determine the luminosity function of BL Lacs and its evolution with cosmic time. We find that for most BL Lac classes, the evolution is positive with a space density peaking at modest redshift (z~1.2). The low-luminosity, high-synchrotron peaked (HSP) BL Lacs are an exception, showing strong negative evolution, with number density increasing for z$\lesssim$0.5. Since this rise corresponds to a drop-off in the density of flat-spectrum radio quasars (FSRQs), a possible interpretation is that these HSPs represent an accretion-starved end-state of an earlier merger-driven gas-rich phase. We additionally find that the known BL Lac correlation between luminosity and photon spectral index persists after correction for the substantial observational selection effects with implications for the so called `blazar sequence'. Finally, estimating the beaming corrections to the luminosity function, we find that BL Lacs have an average Lorentz factor of $γ=6.1^{+1.1}_{-0.8}$, and that most are seen within 10$^{\circ}$ of the jet axis.

研究の動機と目的

• 均一に選択されたサンプルを用いて、フェルミ選択BLラクティック対象の宇宙的進化を特定すること。
• BLラクティックの発光関数（LF）とその宇宙的時間による進化を測定すること。
• BLラクティックの進化と平坦スペクトル電波クェザー（FSRQ）の進化との関係を調査すること。
• 観測的選択効果が発光関数とスペクトル指数の相関（「ブラザーシーケンス」）に与える影響を評価すること。
• ビーミング補正を推定し、ローレンツ因子や視線角などのジェット特性を推定すること。

提案手法

• フェルミ運用初年度の間に検出された211件のフェルミ検出BLラクティック対象の均一に選択されたサンプルを用いた。
• 206件の源について赤方偏移制約を取得し、発光関数モデリングを堅牢に可能にした。
• 純粋な発光度進化（PLE）モデルと発光度依存密度進化（LDDE）モデルを発光関数に適用した。
• パラメータの不確実性と信頼区間を推定するためにモンテカルロシミュレーションを実施した。
• 模擬源分布とフラックス限界を用いて、観測的選択効果を補正した。
• 等方的発光度との比較と推定されたジェットのローレンツ因子を用いて、ビーミング補正を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるシンクロトロンピーク周波数クラスに分けたBLラクティックの空間密度は、宇宙的時間とともにどのように変化するか？
• RQ2 BLラクティックの発光関数の性質は何か？ また、発光度と密度の両方でどのように進化するか？
• RQ3 なぜ高シンクロトロンピーク（HSP）BLラクティックは負の進化を示すのか？ これはFSRQの進化とどのように比較できるか？
• RQ4 観測的選択効果は、発光度と光子スペクトル指数の観測相関にどの程度影響を及えるか？
• RQ5 発光関数へのビーミング補正に基づいて、推定されるジェット特性（例：ローレンツ因子、視線角）は何か？

主な発見

• ほとんどのBLラクティッククラスは正の宇宙的進化を示し、空間密度が赤方偏移z ≈ 1.2でピークに達する。
• 高シンクロトロンピーク（HSP）BLラクティックは強い負の進化を示し、z ≲ 0.5で数密度が増加する傾向を示しており、これは高赤方偏移のBLラクティックとは異なる集団を示唆している。
• 選択効果を補正した後でも、発光度と光子スペクトル指数の相関が観測されたままであり、これは「ブラザーシーケンス」の存在を支持する。
• 発光関数の結果から、平均ローレンツ因子γ = 6.1⁺¹.¹₋₀.⁸が得られ、これは大多数のBLラクティックがジェット軸から10°以内に見られていることを示唆している。
• HSP BLラクティックの高赤方偏移における密度の低下は、FSRQの密度上昇と相関しており、HSPは合体駆動進化段階の物質供給が枯渇した最終段階を示している可能性がある。
• LDDEモデルがデータに最もよく適合し、最適適合パラメータからHSPでは空間密度の転換点がz ≈ 1.4–1.6に、他のクラスではより低い赤方偏移に位置することが示された。