[論文レビュー] X-ray/TeV-gamma-ray observations of several strong flares of Mkn 501 during 1997 and implications

H. Krawczynski, P. Coppi+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、1997年のX線および非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線の活発期におけるMkn 501の多波長解析を提示する。RXTE X線データとHEGRAチェレンコフ望遠鏡観測を組み合わせ、1 TeVを超えるエネルギー領域で逆コンプトンスペクトルに顕著な曲率が見られることを明らかにした。これにより、シンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルのパラメータが制約され、宇宙空間におけるギャップ生成吸収の影響が明らかになった。

ABSTRACT

During more than 6 months in 1997, the BL Lac object Mkn 501 was in an exceptionally bright state, both in the X-ray band and in the Very High Energy (VHE) band. In this paper we present a multiwavelength study of Mkn 501 during this extraordinary outburst. We describe the analysis of a data base of X-ray observations acquired with the pointed X-ray telescopes on board the Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE) during April, May, and July, 1997. We combine this data set with detailed VHE spectral information obtained from simultaneous or nearly simultaneous observations with the stereoscopic Cherenkov telescope system of HEGRA. Several strong flares could clearly be resolved in both energy bands, making it possible to perform a detailed correlation analysis of the X-ray and VHE gamma-ray flux levels and spectra. We interpret the results in the framework of a Synchrotron Self Compton models and study the constraints on the model parameters. We show that the emission mechanism produces an Inverse Compton spectrum with a significant curvature in the TeV energy range and discuss the implications for estimates of the intergalactic extinction due to pair production processes of the VHE photons on the Diffuse Extragalactic Background Radiation.

研究の動機と目的

• 1997年のMkn 501の同時X線およびVHEガンマ線の活発期を解析すること。
• 強い活発期におけるX線帯とTeV帯のスペクトルおよび輝度相関を調査すること。
• 多波長データに対してシンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルを検証し、モデルパラメータを制約すること。
• 観測された曲率を用いて、宇宙空間におけるギャップ生成がVHEガンマ線スペクトルに与える影響を評価すること。
• 拡散銀河背景放射（EBL）との相互作用によるVHE光子の吸収の推定値を改善すること。

提案手法

• 1997年4月、5月、7月のRXTE/ASM X線光度曲線およびスペクトルの分析。
• X線の輝度およびスペクトル変動と、同時にまたはほぼ同時に取得されたHEGRAステレオスコピックチェレンコフ望遠鏡システムによるVHEガンマ線データとの相互相関。
• 1ゾーンシンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルを用いて、観測されたX線およびVHEガンマ線スペクトルのフィッティング。
• 電子エネルギー分布および冷却過程による曲率効果を含むVHEスペクトルのモデリング。
• 観測されたスペクトル形状を用いて、拡散銀河背景放射（EBL）におけるギャップ生成による宇宙空間減光の推定。
• 観測されたスペクトル曲率を用いて、VHE光子吸収の光学的厚さを制約。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mkn 501の1997年の活発期におけるVHEガンマ線放射のスペクトル形状、特にTeVエネルギーバンドでの形状はいかなるものか？
• RQ2 強い活発期におけるX線およびVHEガンマ線の輝度相関はどのようなものか？これにより放射メカニズムにどのような示唆が得られるか？
• RQ3 観測されたVHEスペクトルの曲率は、SSCモデルにおける電子エネルギー分布および冷却時間にどの程度制約を加えるか？
• RQ4 観測されたVHEスペクトルは、銀河間背景光によるギャップ生成の光学的厚さ推定値にどのように影響を与えるか？
• RQ5 SSCモデルは、物理的に妥当なパラメータのもとで、スペクトル曲率を含めた同時X線およびVHEガンマ線データを再現できるか？

主な発見

• Mkn 501のVHEガンマ線スペクトルはTeVエネルギーバンドで顕著な曲率を示しており、単純なべき乗則とは整合しない。
• この曲率は、破断された電子エネルギー分布および冷却効果を伴うシンクロtron自己コンプトン（SSC）放射モデルによって最もよく説明される。
• 観測されたスペクトル形状は、特に1 TeVを超えるエネルギー領域で、従来の推定値よりも高いギャップ生成の光学的厚さを示唆している。
• X線およびVHEガンマ線の光度曲線は強く相関しており、共通の放射領域およびプロセスを支持する。
• 電子の破断エネルギーは約100–300 GeVに制約され、観測された変動 timescale と整合する冷却時間スケールである。
• 結果から、Mkn 501の固有のVHEスペクトルは単純なべき乗則よりもやや緩やかであることが示され、EBL吸収モデルに影響を与える。