[論文レビュー] The variability of the quasar 3C 273: a radio to gamma-ray view

S. Soldi, V. Beckmann+1 more|ArXiv.org|Dec 11, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、フェルミ/LATが得た3C 273の最初の15か月間のデータを分析し、2009年9月のフレア期に平均フラックス1.4×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹、ピークフラックス5.6×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹の強力なガンマ線変動を明らかにした。フレア期における観測されたスペクトルの硬化は、逆コンプトンピークが通常の1–10 MeV範囲よりも高いエネルギーにシフトしている可能性を示しており、ジェット内に複数の発光メカニズムが関与している可能性を示唆している。ガンマ線は電磁スペクトル全域で最大のフラックス変動を示している。

ABSTRACT

We have analysed the first 15 months of Fermi/LAT data of the radio loud quasar 3C 273. Intense gamma-ray activity has been detected, showing an average flux of F(> 100 MeV) = 1.4e-6 ph/cm^2/s, with a peak at F(> 100 MeV) = 5.6e-6 ph/cm^2/s detected during a flare in September 2009. Together with the brightening of the source, a possible hardening of the gamma-ray spectrum is observed, pointing to a shift of the inverse Compton peak toward higher energies than the 1-10 MeV range in which 3C 273 inverse Compton emission is typically observed to peak. During the 15 months of observations the photon index is measured to vary between 2.4 and 3.3, with an average value of 2.78 +/- 0.03. When compared to the observations at other wavelengths, the gamma-rays show the largest flux variations and we discuss the possibility that two different components are responsible for the inverse Compton hump emission below and above the MeV peak.

研究の動機と目的

• 利用可能な最も包括的な長期データセットを用いて、3C 273の電波からガンマ線にまで及ぶ多波長変動を調査すること。
• 電磁スペクトル全域における相関関係を分析することで、3C 273における高エネルギー・ガンマ線発光の起源を特定すること。
• 観測されたガンマ線変動およびスペクトル変化が、ジェット内に1つの発光成分か複数の成分かによって説明可能かどうかを検証すること。
• このよく研究されたクェーサーにおけるガンマ線フレア、ミリメートル波長帯の活動、および光学変動との関係を明確にすること。
• ハードX線とガンマ線発光が同じ電子集団から生じるのか、それともジェット内の異なる領域から生じるのかを評価すること。

提案手法

• フェルミ/LATが最初の15か月間で観測したデータの分析に焦点を当て、光度曲線とスペクトルエネルギー分布（SED）の時間的変化を評価する。
• ガンマ線光度曲線と同時期の電波（1.3 mm）、光学、X線データとの相互相関をとり、時間的関係を特定する。
• 100 MeV以上のエネルギー帯域における光子指数Γとフラックス変動を測定し、スペクトル変動の程度を評価する。
• EGRET、INTEGRAL、AGILE、および多波長キャンペーンの歴史的データと比較することで、長期的傾向を特定する。
• 40年間にわたる17のエネルギー的デイナミクスをカバーするISDC 3C 273多波長データベースを活用し、フェルミ観測の文脈を明確にする。
• エネルギー帯域ごとのスペクトルフィッティングと変動アモルチド分析により、変動 timescales およびアモルチドの違いを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 フェルミ/LAT運用の最初の15か月間に観測された3C 273における強力なガンマ線変動の性質は何か？
• RQ2 2009年9月のフレア期に観測されたスペクトルの硬化は、逆コンプトン成分のピークエネルギーが通常の1–10 MeV範囲よりも高いエネルギーにシフトしていることを示唆するか？
• RQ3 3C 273におけるハードX線とガンマ線発光は、同じ電子集団から生じるのか、それとも異なる成分から生じるのか？
• RQ4 ガンマ線帯域における変動の時間スケールとアモルチドは、X線帯域、光学帯域、電波帯域と比べてどう異なるか？
• RQ5 ガンマ線フレア、ミリメートル波長帯の超光速クルマの放出、および光学フレアイベントの間に因果関係があるか？

主な発見

• 3C 273のガンマ線フラックス平均値（>100 MeV帯域）は1.4×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹であり、2009年9月の主要フレア期にはピークで5.6×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹に達した。
• 光子指数Γは2.4から3.3の間で変動し、平均値は2.78±0.03であり、顕著なスペクトル変動を示している。
• 2009年9月のフレア期におけるスペクトルの硬化の兆候は、逆コンプトンピークが通常の1–10 MeV範囲よりも高いエネルギーにシフトしている可能性を示唆している。
• ガンマ線変動は電磁スペクトル全域で最大のアモルチドを示しており、X線帯域、光学帯域、電波帯域の変動を上回っている。
• ハードX線（20–70 keV）と1.3 mm電波光度曲線の間には顕著な短時間スケール相関が観測されず、発光メカニズムが分離している可能性を示唆している。
• ガンマ線フレアと光学／ミリメートル波長帯の変動との相関関係、特に超光速クルマの放出からガンマ線フレアまでに70日間の遅れが観測されたことから、高エネルギー発光がジェット由来であることを支持する。