[論文レビュー] VERITAS observation of Markarian 421 flaring activity

N. Galante|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

VERITASは2010年2月17日、非常に高エネルギー（VHE）で通常のてんとう虫の輝度の約8倍に相当するレベルに達したマークリアン421の激しいフレア状態を検出。スペクトルの硬化と1時間未満の時間スケールでの変動が顕著であり、5〜10分スケールでの内部夜間のflux変動が強く、X線/可視光とVHE放射の間に明確な相関は認められず、単一領域のレプトン系モデルに挑戦し、放射領域のサイズと物理的性質を制限する。

ABSTRACT

Markarian 421 is one of the brightest BL-Lac objects in gamma-rays in the northern hemisphere. Because of its brightness, the source has been the focus of several coordinated multi-wavelength (MWL) campaigns designed to study the physical processes responsible for the non-thermal continuum emission. The blazar monitoring program of VERITAS recently received a ToO during a strong flaring event by Markarian 421 in February 2010. The source was seen at flux level of approximately 8 Crab units and exhibited spectral evolution and variability features. A multi-wavelength campaign with other MWL partners was udndertaken. Results on past and recent flaring events are presented.

研究の動機と目的

• 2010年2月にVERITASが検出した主要なVHEフレアを用いて、HBLブローザー・マークリアン421における極端なVHEフレアの物理的メカニズムを、連携された多波長（MWL）観測によって調べること。
• 2010年2月17日のVERITASによる主要なVHEフレア中のスペクトル的および時間的変化を特徴づけること。
• 多バンドの変動およびスペクトルデータに対して、単一領域のレプトン系シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルの妥当性を検証すること。
• 過去の観測キャンペーンで観測されたX線/可視光とVHE放射の間の相関がない理由を調査すること。
• 内部夜間の変動時間スケールを用いて、VHE放射領域のサイズとエネルギー状態を制限すること。

提案手法

• VERITASは、4台の12mの像空気チェレンコフ望遠鏡アレイを用い、100 GeV以上のVHEガンマ線を15%のエネルギー分解能と0.1°の角度分解能で検出した。
• 2010年2月17日のフレア中、4.9時間の有効観測時間の間データを収集し、260σの有意検出を達成した。
• イベント選別には、キャリブレーション済みでクリーニングされたシャワー像とモーメント解析を用い、ガンマ線に類似したイベントを特定した。高統計のflux再構成を維持するために、緩いカットを採用した。
• スペクトル解析は、フレア状態と静穏期のそれぞれで別々に実施され、flux依存のスペクトル的変化が明らかになった。
• 2分間隔の光曲線を用いた時間分解解析により、内部夜間の変動を検出した。フレア中、各2分間隔のbinで10σ以上の有意性が得られた。
• スペクトルエネルギー分布（SED）モデリングのため、Fermi-LAT（100 MeV〜100 GeV）、XRT（X線）、および光学/紫外線モニタ（XMM-Newton OM/EPN）からの連携されたMWLデータが用いられた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 マークリアン421の主要なVHEフレア中におけるスペクトル的変化は何か？ また、静穏状態とはどのように異なるか？
• RQ2 フレア状態中、X線/可視光とVHEバンドの変動の間に相関があるか？
• RQ3 単一領域のレプトン系SSCモデルは、2010年のフレア中に観測された全バンドのSEDおよび変動パターンを説明できるか？
• RQ4 内部夜間の変動時間スケール（5〜10分）は、VHE放射領域のサイズにどのような制限を課すか？
• RQ5 X線とVHEのflux間に相関がないのはなぜか？ 他のキャンペーンでは相関が見られたにもかかわらず。

主な発見

• VERITASは2010年2月17日のフレア中に、マークリアン421を約8てんとう虫単位のfluxレベルで検出。これは2009–2010年の監視期間中の平均fluxレベルの約4倍に相当する。
• 4.9時間の有効観測時間中に260σの有意検出が得られ、フレア期における高統計のVHE放射が確認された。
• スペクトル解析により、明確なスペクトルの硬化と、高flux状態におけるカットエネルギーの上昇が確認され、エネルギー依存の放射変化が示された。
• 時間分解解析により、5〜10分スケールでの顕著なflux変動が確認され、フレア中は2分間隔の各binで10σ以上の有意性が得られた。
• X線とVHEのfluxの間、および光学/紫外線とVHEの間には明確な相関が認められず、2つの成分のための別個の電子集団または放射領域を示唆する。
• 低エネルギー帯とVHE帯の間の相関欠如は、単純な単一領域SSCモデルに挑戦し、非一様な放射領域またはハドロン的寄与の可能性を示唆する。