[論文レビュー] Very-high-energy blazars: updates from VERITAS observations and multi-wavelength campaigns

M. Cerruti|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、VERITAS Cherenkov望遠鏡アレイを用いた4つのブレーザーの最近の非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線観測を提示し、スペクトルエネルギー分布（SED）とフレア活動を研究するための多波長（MWL）キャンペーンに焦点を当てている。主な結果として、1ES 1011+496および1ES 1727+502からの明るいVHEフレアの検出、フレア中の最初の準同時SEDの再構築、赤方偏移が大きな高赤方偏移HBLであるPKS 1424+240（z ≥ 0.60）の長期的モニタリングが挙げられ、これは現在までに観測された最も遠方の持続的VHE放射源のままである。

ABSTRACT

VERITAS is an array of four 12-m atmospheric Cherenkov telescopes, designed to observe the very-high-energy (VHE; E $\\geq$100 GeV) sky. Since 2007, it has detected more than 20 extra-galactic sources, the majority of which are active-galactic-nuclei of the blazar class. In this paper we present a selection of the most recent results from the VERITAS blazar observing program, in particular in the context of broad-band multi-wavelength campaigns. Four results are highlighted: the detection of the flat-spectrum-radio-quasar PKS 1222+216 (4C +21.35) during March 2014; the $\\gamma$-ray flare from the BL Lac object 1ES 1727+502, observed under bright-moonlight conditions during May 2013; the bright $\\gamma$-ray flare from the BL Lac object 1ES 1011+496 during February 2014; and the long-term campaign on the BL Lac object PKS 1424+240, currently the farthest (z > 0.60), persistent VHE emitter

研究の動機と目的

• 電磁スペクトル全域にわたる協調観測を通じて、非常に高エネルギー（VHE）ブレーザーの多波長的挙動を研究すること。
• 同時スペクトルエネルギー分布（SED）を用いた、VHEフレア活動の背後にある物理的メカニズムを解明すること。
• 高統計データを用いて、高赤方偏移VHE源における銀河間背景光（EBL）吸収の影響を検証すること。
• 明るい月明かり下での観測が、ブレーザーのような変動源のVHEモニタリングを拡張する効果的さを評価すること。
• PKS 1424+240における高エネルギー領域でのスペクトル硬化が、axion-like粒子や宇宙線駆動カスケードといった新しい物理現象を示唆するかどうかを特定すること。

提案手法

• VERITASは、フレッド・ローレンス・フリーマン・スパイア天文台に設置された4台の12メートルの大気Cherenkov望遠鏡アレイであり、空気シャワーから発するCherenkov光を用いてVHEガンマ線（100 GeV – 30 TeV）を検出する。
• アレイは、明るい月明かり下での観測を可能にするために、低電圧（RHV）技術とUV透過フィルターを用いる。これにより、変動源のモニタリングのための稼働率が向上する。
• 多波長（MWL）キャンペーンでは、VERITASのVHEデータに加え、Fermi-LAT（GeV）、Swift-XRT、Swift-UVOT（X線/紫外線）観測データを統合し、同時SEDを構築する。
• スペクトルエネルギー分布（SED）は、フレア活動および粒子集団の性質を解釈するため、1ゾーンのシンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルを用いてモデル化される。
• EBL吸収の影響を補正するために、赤方偏移に依存する吸収モデルを用いて、固有のVHEスペクトルを推定する。
• VERITASデータの統計的分析には、有意性検定（例：PKS 1222+216の6σ検出）と、カブスネビュラに対するフラックス推定が含まれる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ES 1011+496におけるVHEガンマ線フレア活動の性質は何か。また、GeVおよびX線放射とどのように相関するか。
• RQ2 2013年のフレア中に再構築された1ES 1727+502の最初の準同時SEDは、べき乗則則に従う電子注入指数を有する1ゾーンSSCモデルで説明可能か。
• RQ3 高赤方偏移ブレーザーPKS 1424+240（z ≥ 0.60）は、750 GeV以上のエネルギー領域で固有スペクトル硬化を示すか。これは新しい物理現象を示唆するか。
• RQ4 新しい明るい月明かり観測モードは、ブレーザーにおけるVHEフレアの検出およびモニタリングにどの程度効果的か。
• RQ5 EBL吸収は、PKS 1424+240の観測されたVHEスペクトルの形をどのように規定するか。また、その固有放射の解釈にどのような影響を与えるか。

主な発見

• VERITASは、2014年3月の5時間にわたる観測で、FSRQのPKS 1222+216を100 GeV以上でカブスネビュラの約3％のフラックスで検出したが、観測期間中に顕著な変動は観測されなかった。
• 2013年5月に、明るい月明かり下での観測でHBLの1ES 1727+502が検出された。これはVERITASが新しく導入した明るい月明かり観測戦略の最初の科学的成果であり、150 GeV以上でカブスネビュラの（2.1 ± 0.4）％のフラックスであった。
• 2013年のフレア中の1ES 1727+502のSEDは、複数のバンドで準同時的に再構築され、べき乗則則に従う電子注入指数α₁ = 2.2を有する1ゾーンSSCモデルが適用可能であり、シンクロtron放射による冷却が支配的であることが示された。
• HBLの1ES 1011+496は、カブスネビュラの25％から75％の間の積分フラックスを示すVHEフレアを示した。これは、これまでに観測されたこの源における最も明るいVHEフレアであり、Fermi-LATが検出したGeVフレアと相関していた。
• 赤方偏移z ≥ 0.60のPKS 1424+240は、現在までに観測された最も遠方の持続的VHE放射源のままであり、VERITASは100時間以上の露出を累積し、750 GeVまでスペクトルを再構築したが、スペクトル硬化の有意性は限定的であった。
• EBL吸収を補正したPKS 1424+240の固有スペクトルには、高エネルギー領域での明確な硬化の証拠は見られなかったが、宇宙線カスケードやaxion-like粒子を含むモデルを検証するにはさらなる観測が必要である。