[論文レビュー] The long-lasting activity of 3C 454.3. GASP-WEBT and satellite observations in 2008-2010

C. M. Raiteri, M. Villata+7 more|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 2被引用数 49

ひとこと要約

本稿は、2008年から2010年の間にGASP-WEBT、Swift、AGILE、Fermiのデータを用いて、blazar 3C 454.3の多波長変動を調査し、長期的な輝度変動が曲がった不均一なジェット内の幾何的変化に起因すると提案している。γ線とX線放射は、自己シンクロtron放射光子の逆コンプトン散乱（SSC過程）に起因しており、時間遅れと輝度比の変動は、時間とともに変化するシンクロtron放射領域とコンプトン化領域のわずかなずれによって説明できる。

ABSTRACT

We present multiwavelength observations of 3C 454.3 from April 2008 to March 2010. The radio to optical data are mostly from the GASP-WEBT, UV and X-ray data from Swift, and gamma-ray data from the AGILE and Fermi satellites. We improved the calibration of optical-UV data from the UVOT and OM instruments and estimated the Lyalpha flux to disentangle the contributions from different components in this spectral region. The observations reveal prominent variability above 8 GHz. In the optical-UV band, the variability amplitude decreases with increasing frequency due to a steadier radiation from both a broad line region and an accretion disc. The optical flux reaches nearly the same levels in the 2008-2009 and 2009-2010 observing seasons; the mm one shows similar behaviour, whereas the gamma and X-ray flux levels rise in the second period. Two prominent gamma-ray flares in mid 2008 and late 2009 show a double-peaked structure, with a variable gamma/optical flux ratio. The X-ray flux variations seem to follow the gamma-ray and optical ones by about 0.5 and 1 d, respectively. We interpret the multifrequency behaviour in terms of an inhomogeneous curved jet, where synchrotron radiation of increasing wavelength is produced in progressively outer and wider jet regions, which can change their orientation in time. In particular, we assume that the long-term variability is due to this geometrical effect. By combining the optical and mm light curves to fit the gamma and X-ray ones, we find that the gamma (X-ray) emission may be explained by inverse-Comptonisation of synchrotron optical (IR) photons by their parent relativistic electrons (SSC process). A slight, variable misalignment between the synchrotron and Comptonisation zones would explain the increased gamma and X-ray flux levels in 2009-2010, as well as the change in the gamma/optical flux ratio during the outbursts peaks.

研究の動機と目的

• 2008年から2010年の間、電波からγ線帯域にわたる3C 454.3の多波長放射の関係を理解すること。
• 2008年から2010年の間、観測された長期的で顕著な変動の原因を調査すること。
• γ線、X線、光学、電波帯域における観測された輝度変動が、内部のフレア発生に起因するのか、相対論的ジェット内の幾何的効果に起因するのかを特定すること。
• ジェットの曲がり具合と見通し角の変化が、輝度およびスペクトルエネルギー分布をどのように調節するかを評価すること。
• γ線とX線放射の逆コンプトン（SSC）モデルを、光曲線と時間遅れの比較によって検証すること。

提案手法

• 2008年から2010年の間、GASP-WEBT（電波から光学）、Swift（UV/X線）、Fermi/AGILE（γ線）の観測から18バンドの光曲線を構成した。
• UVOTおよびOM機器のキャリブレーションを改善し、Lyα輝度を推定し、幅広い線領域と降着円盤からの寄与を分離した。
• γ線、X線、光学帯域における輝度変動の時間遅れを測定するために、相互相関解析を適用した。
• γ線とX線放射を、異なるジェット領域におけるシンクロtron放射からのシード光子を仮定して、シンクロtron自己コンプトン（SSC）過程でモデル化した。
• 発光領域が徐々に外側および広がった領域から発生する、曲がった不均一なジェットモデルを提案した。
• γ線とX線の光曲線を、光学およびmm波の輝度を組み合わせてフィッティングし、コンプトン化領域の位置および方位をシンクロtron領域に対して推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 454.3の電波からγ線帯域にわたる長期的輝度変動の原因は何か？
• RQ2 X線、γ線、光学の輝度変動の時間遅れは、ジェットの空間的・運動的構造をどのように制約するか？
• RQ3 2009年から2010年にかけてなぜγ線輝度が増加する一方で、光学およびmm波輝度は2008年から2009年と同程度のまま保たれるのか？また、フレア期における可変なγ/optical輝度比はどのように説明できるか？
• RQ4 観測された多波長的行動は、曲がったジェット幾何的形状下で単一の放射モデル（例：SSC過程）によって説明可能か？
• RQ5 放射領域の方位の変化が、ドーナツブースティングおよび輝度比をどのように調節しているか？

主な発見

• γ線とX線の輝度レベルは2009年から2010年にかけて上昇したが、光学およびmm波の輝度は2008年から2009年とほぼ同等の水準を維持した。
• 2008年中頃と2009年後半に、2つの顕著なγ線フレアが観測され、それぞれ二重ピーク構造を示し、γ/optical輝度比が変動した。
• 相互相関解析により、X線の輝度変動がγ線および光学の変動よりも約0.5日および1日遅れることを確認した。
• γ線放射は、主な光学放射領域のわずか下流にある領域で、相対論的電子が光学〜UV帯のシンクロtron光子を逆コンプトン散乱することで最もよく説明できる。
• X線放射は、下流領域で相対論的電子がIR帯のシンクロtron光子をSSC過程で上昇散乱することで生じる。
• シンクロtron領域とコンプトン化領域のわずかな、時間的に変化するずれが、2009年から2010年にかけてのγ線およびX線輝度の上昇およびフレア期におけるγ/optical輝度比の変動を説明できる。