[論文レビュー] VERITAS detection of VHE emission from the optically bright quasar OJ 287

S. O’Brien|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

VERITASは2017年初期の多波長活動増強期中に、クェザーOJ 287から非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射を9.7σの有意水準で検出。これはこの源における初のVHE検出である。時間平均のVHEスペクトルはスペクトル指数Γ = 3.49 ± 0.28のパワーロー法に従い、SED解析により明るい状態における逆コンプトンピークエネルギーが高エネルギー側にシフトしていることが判明し、過去の観測と比較して放射領域の状態に変化があったことを示している。

ABSTRACT

We report on the VERITAS detection of very-high-energy (VHE, $E > 100~\\mathrm{GeV}$) $\\gamma$-ray emission from the optically bright quasar OJ 287 which is located at a redshift of z = 0.306. OJ 287 has been observed to display regular optical outbursts with a period of approximately 12 years, with the last major optical outburst having occurred in 2015. To explain this periodicity, models involving a binary supermassive black hole system at the core of OJ 287, or a helical jet, have been developed. Motivated by elevated Swift-XRT count rates, VERITAS observed OJ 287 in February 2017, and detected the object at >5 standard deviations above background. This detection prompted further VERITAS, Swift-XRT and multiwavelength observations of the object. The results of the VERITAS observational campaign are presented.

研究の動機と目的

• OJ 287からのVHEガンマ線放射を検出すること。これは12年周期の光学的噴出サイクルを持つ光学的に明るいクェザーである。
• 特にX線および光学的活動が増加した時期におけるOJ 287の多波長変動を調査すること。
• VHE明るい状態におけるOJ 287のスペクトルエネルギー分布（SED）を研究し、特に3FGL Fermi-LATスペクトルと比較すること。
• VHEフラックスの変動性とX線および高エネルギーガンマ線活動との相関関係を評価すること。
• 特に二重超大質量ブラックホール系またはジェット不安定性を含むVHE放射のモデルを検証すること。

提案手法

• VERITASは、4台の12mのイメージング大気チェレンコフ望遠鏡からなるアレイであり、2016年12月から2017年3月にかけてOJ 287の観測を実施。Swift-XRTのX線率が上昇したのを受けてターゲット観測がトリガーされた。
• データは、ソフトスペクトル源に最適化されたブースト意思決定ツリー（BDT）カットを用いた2つの標準VERITAS解析パッケージで分析された。
• 過剰なカウントマップへの2次元ガウスフィットにより、源の位置はOJ 287の電波位置と整合しており、有意水準は9.7σであった。
• 時間平均の微分エネルギースペクトルはパワーロー法モデルでフィットされ、異なる観測期間におけるスペクトルエネルギー分布（SED）が構築された。
• スペクトルフィットにはVHEデータに対してパワーロー法モデル、Swift-XRTデータに対して吸収付きパワーロー法モデルが用いられ、銀河系水素密度は2.49 × 10²⁰ cm⁻²で固定された。
• 変動性は、3つの観測期間にわたる夜間別にビニングされたVHE光度曲線に定常フラックスモデルを適用したχ²検定により評価された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 多波長活動が増強している時期に、OJ 287からVHEガンマ線放射が検出されたか？
• RQ2 VHE明るい状態におけるOJ 287のスペクトルエネルギー分布（SED）は、過去に観測されたSED、特に3FGL Fermi-LATスペクトルとどのように異なるか？
• RQ3 VHEフラックスの変動 timescale は何か？ また、X線および高エネルギーガンマ線活動と相関しているか？
• RQ4 観測されたVHE放射は、OJ 287における二重超大質量ブラックホール系またはジェット不安定性を含むモデルを支持するか？
• RQ5 VHE明るい状態における逆コンプトン成分のピークエネルギーはどこに位置し、以前の観測と比較してどう異なるか？

主な発見

• VERITASは、OJ 287からのVHEガンマ線放射を9.7σの有意水準で検出。最良のフィット位置はクェザーの電波座標と整合した。
• 時間平均のVHEエネルギースペクトルは、100 GeVから560 GeVのエネルギー範囲で、スペクトル指数Γ = 3.49 ± 0.28のパワーロー法モデルで最もよく記述された。
• VHE明るい期間（期間2）では、3FGL Fermi-LATスペクトルと比較して逆コンプトンピークエネルギーが高エネルギー側にシフトしていることがSEDから示された。これは放射領域の状態に変化があったことを示唆している。
• 期間2から期間3にかけてVHEフラックスが60％減少したが、これはSwift-XRT X線カウントレートの低下と相関しており、多波長変動を示している。
• VHEフラックスの変動は定常フラックスモデルでは十分に説明されず、期間2ではχ²/DOF = 7.3/13、全データセットではより高い値を示し、変動のわずかな証拠が得られた。
• 期間2におけるFermi-LATスペクトルは、対数放物線モデルで最もよくフィットされ、MeVからサブ-GeV範囲にピークがあることを示唆したが、統計的限界のため明確なカーブは検出されなかった。