[論文レビュー] The high activity of 3C 454.3 in autumn 2007. Monitoring by the WEBT during the AGILE detection

C. M. Raiteri, M. Villata+6 more|ArXiv.org|May 14, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 23被引用数 44

ひとこと要約

本研究では、2007年秋の高活動状態にあったブラーざる3C 454.3の高時間分解能・多波長モニタリングを、Whole Earth Blazar Telescope (WEBT) およびAGILE衛星データを用いて実施した。その結果、極めて急速な内日変動が明らかになった。特に1.5時間で1.1等級の増光、1時間で1.2等級の減光が観測され、スペクトルエネルギー分布（SED）からは、やや弱い状態の際、熱的降着円盤からの放射に起因する可能性のある紫外線過剰が示唆された。

ABSTRACT

The quasar-type blazar 3C 454.3 underwent a phase of high activity in summer and autumn 2007, which was intensively monitored in the radio-to-optical bands by the Whole Earth Blazar Telescope (WEBT). The gamma-ray satellite AGILE detected this source first in late July, and then in November-December 2007. In this letter we present the multifrequency data collected by the WEBT and collaborators during the second AGILE observing period, complemented by a few contemporaneous data from UVOT onboard the Swift satellite. The aim is to trace in detail the behaviour of the synchrotron emission from the blazar jet, and to investigate the contribution from the thermal emission component. Optical data from about twenty telescopes have been homogeneously calibrated and carefully assembled to construct an R-band light curve containing about 1340 data points in 42 days. This extremely well-sampled optical light curve allows us to follow the dramatic flux variability of the source in detail. In addition, we show radio-to-UV spectral energy distributions (SEDs) at different epochs, which represent different brightness levels. In the considered period, the source varied by 2.6 mag in a couple of weeks in the R band. Many episodes of fast (i.e. intranight) variability were observed, most notably on December 12, when a flux increase of about 1.1 mag in 1.5 hours was detected, followed by a steep decrease of about 1.2 mag in 1 hour. The contribution by the thermal component is difficult to assess, due to the uncertainties in the Galactic, and possibly also intrinsic, extinction in the UV band. However, polynomial fitting of radio-to-UV SEDs reveals an increasing spectral bending going towards fainter states, suggesting a UV excess likely due to the thermal emission from the accretion disc.

研究の動機と目的

• 2007年秋の高活動状態にあったブラーざる3C 454.3における極端な変動の性質と起源を調査すること。
• 光学〜紫外域のスペクトルエネルギー分布（SED）において、ジェット由来の同期脈動放射と降着円盤由来の熱的放射の寄与を分離すること。
• 同時観測されたAGILEとWEBTデータを用いて、低エネルギー（光学〜電波）と高エネルギー（γ線）放射成分の関係を分析すること。
• 銀河および固有の減光が紫外線SEDに与える影響を評価し、熱的放射の検出に与える意味を検討すること。

提案手法

• 約20台の望遠鏡から得られたRバンド光学光曲線を収集・均一化し、42日間にわたり約1340点のデータが得られた。
• 異なる輝度状態における同時電波〜紫外域のスペクトルエネルギー分布（SED）を構築し、スペクトルの進化を研究した。
• SEDに多項式フィッティングを適用し、スペクトルの湾曲を特定し、やや弱い状態での紫外線過剰の存在を推定した。
• WEBTの光学データと同時観測されたAGILEのγ線光曲線を比較し、同期脈動放射成分と逆コンプトン放射成分の相関関係を検討した。
• 輝度温度の計算（T_b ~ 5×10^9 K）を用いて、観測された急速な変動の物理的妥当性を評価し、非ジェット起源を除外した。
• 銀河的および固有の減光が紫外線データに与える影響を評価したが、SEDモデリングにおける不確実性には言及した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2007年の活発期に観測された3C 454.3の極端な内日変動の原因は何か？
• RQ2 特にやや弱い状態において、降着円盤由来の熱的放射が光学〜紫外域のSEDにどの程度寄与しているか？
• RQ3 異なる輝度状態において、電波〜紫外域周波数域でのスペクトルエネルギー分布（SED）はどのように進化するか？
• RQ4 AGILEが観測したジェット由来の同期脈動放射と逆コンプトンγ線放射の間には、どのような関係があるか？
• RQ5 減光の不確実性がある中でも、やや弱い状態における観測された紫外線過剰を、信頼性を持って熱的円盤放射に起因するとみなせるか？

主な発見

• 数週間の間に2.6等級の輝度変動が観測され、内日スケールでの多数の急速な変動が確認された。
• 2007年12月12日には1.5時間で1.1等級の増光が観測され、その後1時間で1.2等級の減光が発生し、これはブラーざるで記録された中で最も速いフレアの一つであった。
• 1.2等級の減光イベントにおける推定輝度温度は約5×10^9 Kであり、逆コンプトン災害限界を著しく下回っており、ジェット由来であることを支持する。
• 電波〜紫外域のSEDでは、やや弱い状態に向かってスペクトルの湾曲が強まり、紫外線過剰の寄与が増大していることが示唆された。この紫外線過剰は、降着円盤からの熱的放射に起因する可能性が高い。
• 紫外線過剰は、ジェットのビーム状同期脈動放射が弱い状態にいるときに顕著に現れ、降着円盤の研究には低活動状態のモニタリングが極めて重要であることを示している。
• 同時観測されたWEBTとAGILEデータは、将来的なブラーざる放射機構における光学〜γ線輝度相関の調査に貴重なデータセットを提供している。