[論文レビュー] Very rapid optical variability of PKS 2155-304

S. Paltani, T. J.-L. Courvoisier+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 1997

Atmospheric Ozone and Climate参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、Blazar PKS 2155-304における非常に速い光学的変動の初回検出を報告する。fluxの変動は15分未塔の timescale で観測された。構造関数解析と多波長光度測定を用いて、著者たちは-2.4のパワーローインデックス、短波長と長波長の光度曲線間の40分のラグ、および強いflux-スペクトルインデックス相関を特定した。これは、一定の基本的成分が存在し、光学バンドで顕著なスペクトル変動がないことを示唆している。

ABSTRACT

We have performed an optical observation campaign on PKS 2155-304, whose aim was to determine the variability properties of this object on very short time scales in several photometric bands. We detected variability on time scales as short as 15 min. The Fourier properties of the light curves have been investigated using structure function analysis. The power spectra are well described by a power-law with an index -2.4. It is compatible with the index found in the X-ray domain. The value of this index shows that the light curves cannot be generated by a sum of exponential pulses. Using historical data, we find that the longest time scale of variability in the optical domain lies between 10 and 40 days. We find a strong correlation between flux and spectral index, which we interpret as the signature of an underlying constant component. As a result we do not find evidence of spectral variation for the active nucleus in the optical domain. A lag has been found between the light curves in different optical bands. The short-wavelength light curves lead the long-wavelength ones. The amplitude of the lag is about 40 min for a factor 2 in wavelength. Our results are compared with predictions from different models. None of them can explain naturally the set of results obtained with this campaign, but we bring out some clues for the origin of the variability.

研究の動機と目的

• Blazar PKS 2155-304の短 timescale 光学的変動特性を理解すること。
• 構造関数解析を用いて、光学光度曲線のパワースペクトルインデックスを測定すること。
• 異なる光学的光度測定バンド間の時間遅れ（ラグ）を調査すること。
• キャンペーン中に光学領域でスペクトル変動が生じるかどうかを特定すること。
• 観測された変動特徴を、Blazar放射メカニズムの理論的モデルと比較すること。

提案手法

• 地上望遠鏡を用いて、PKS 2155-304に対して多波長光学的光度測定キャンペーンを実施した。
• 光度曲線に構造関数解析を適用し、パワースペクトルインデックスを推定した。
• フーリエに基づく手法を用いて、インデックス-2.4のパワーローとして変動スペクトル密度をモデル化した。
• 異なる光学バンド（例：B, V, R）の光度曲線間の時間ラグを測定し、放射領域のサイズと幾何学的構造を推定した。
• 歴史的データを分析して、光学バンドにおける最も長い内在的変動 timescale を推定した。
• fluxの変動とスペクトルインデックスの変化を相関させ、スペクトル変動の有無を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 このキャンペーン中に、PKS 2155-304で観測された光学的変動の最短 timescale は何か？
• RQ2 光学光度曲線のパワースペクトルは、X線バンドのそれとどのように比較されるか？
• RQ3 異なる光学バンドの光度曲線間に観測された時間ラグの原因は何か？
• RQ4 キャンペーン中に光学バンドでスペクトル変動の証拠があるか？
• RQ5 観測された急速な変動、パワーロースペクトル、バンド間ラグの組み合わせを最もよく説明する理論的モデルは何か？

主な発見

• PKS 2155-304の光学光度曲線は、15分未塔の timescale で変動を示す。
• 光学光度曲線のパワースペクトル密度は、インデックス-2.4のパワーローに従い、X線バンドの値と整合的である。
• 波長が2倍に変化する場合、短波長と長波長の光学光度曲線間に約40分のラグが観測された。
• fluxとスペクトルインデックスは強く相関しており、一定の基本的スペクトル成分が存在することを示唆している。
• 光学バンドで顕著なスペクトル変動の証拠はなく、キャンペーン中における固有スペクトルエネルギー分布が安定していることを示唆している。
• テストされた理論的モデルのいずれにも、観測されたすべての特性を自然に説明できるものはないが、放射メカニズムに関する制約が得られた。