[논문 리뷰] A Catalog of 157 X-ray Spectra and 84 Spectral Energy Distributions of Blazars observed with BeppoSAX

P. Giommi, M. Capalbi외 6명|ArXiv.org|2002. 09. 27.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 BeppoSAX의 첫 다섯 해 동안 관측한 블라자 157개의 X선 스펙트럼과 84개의 넓은 대역 스펙트럼 에너지 분포(Spectral Energy Distributions, SEDs)에 대한 통일된 분석을 제시한다. 공개 아카이브 자료를 활용한 분석 결과, 동기방출 피크 주파수는 여섯 개의 주기로 변동하며, 고에너지 피크를 가진 BL Lacs의 스펙트럼 곡률은 로그 파라볼라 모델로 가장 잘 기술되며, 이는 고에너지에서 효율성이 떨어지는 입자 가속 과정을 시사한다.

ABSTRACT

As a special contribution to the proceedings of the BeppoSAX workshop dedicated to blazar astrophysics we present a catalog of 157 X-ray spectra and the broad-band Spectral Energy Distribution (SED) of 84 blazars observed by BeppoSAX during its first five years of operations. The SEDs have been built by combining BeppoSAX LECS, MECS and PDS data with (mostly) non-simultaneous multi-frequency photometric data, obtained from NED and from other large databases, including the GSC2 and the 2MASS surveys. All BeppoSAX data have been taken from the public archive and have been analysed in a uniform way. For each source we present a SED plot, and for every BeppoSAX observation we give the best fit parameters of the spectral model that best describes the data. The energy where the maximum of the synchrotron power is emitted spans at least six orders of magnitudes ranging from ~ 0.1 eV to over 100 keV. A wide variety of X-ray spectral slopes have been seen depending on whether the synchrotron or inverse Compton component, or both, are present in the X-ray band. The wide energy bandpass of BeppoSAX allowed us to detect, and measure with good accuracy, continuous spectral curvature in many objects whose synchrotron radiation extends to the X-ray band. This convex curvature, which is described by a logarithmic parabola law better than other models, may be the spectral signature of a particle acceleration process that becomes less and less efficient as the particles energy increases. Finally some brief considerations about other statistical properties of the sample are presented.

연구 동기 및 목표

• BeppoSAX가 관측한 블라자에 대한 X선 스펙트럼과 넓은 대역 SED를 종합적으로 분석한 카탈로그를 구축하는 것.
• 특히 동기방출 성분의 형태와 곡률을 포함한 X선 대역에서의 블라자 스펙트럼 다양성을 조사하는 것.
• X선으로 선택된 블라자에서 관측된 스펙트럼 곡률이 파워 루프 모델보다 로그 파라볼라 모델로 더 잘 기술되는지 확인하는 것.
• 블라자 제트 내 입자 가속 메커니즘에 대한 스펙트럼 곡률의 물리적 함의를 탐색하는 것.
• BeppoSAX의 관측 전략이 X선이 밝고 피크 주파수가 높은 소스를 선호하는 경향이 있음에 따라 발생하는 선택 편향을 평가하는 것.

제안 방법

• 모든 BeppoSAX LECS, MECS, PDS 데이터는 공개 아카이브에서 확보되어 일관되고 통일된 방식으로 재분석되었다.
• SED는 BeppoSAX X선 데이터와 NED, GSC2, 2MASS에서 확보한 비동기적 다중 주파수 광도 측정 데이터를 조합하여 구성되었다.
• 곡률를 기술하기 위해 로그 파라볼라 모델을 사용하였으며, 스펙트럼 형태를 정량화하는 데 파arameter β와 E0를 사용하였다.
• 동기방출 피크 주파수 ν_peak는 SED에 대해 동기방출 자체 복사(SSC) 모델을 적합시켜 추정되었다.
• FSRQ와 BL Lacs에 대해 별도로 ν_peak 분포의 통계 분석을 수행하여 선택 편향을 평가하였다.
• 스펙트럼 지수와 밝기 비율 f_x/f_r을 ν_peak와 관련지어 이전 ROSAT 연구의 예측을 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 BeppoSAX 샘플 내 블라자에서 관측된 동기방출 피크 주파수 ν_peak의 범위는 무엇인가?
• RQ2 동기방출이 X선 대역에까지 연장되는 블라자에서 X선 스펙트럼 곡률을 로그 파라볼라 모델이 얼마나 잘 기술하는가?
• RQ3 관측된 스펙트럼 곡률은 블라자 제트 내 입자 가속 메커니즘에 어떤 물리적 함의를 지닌다?
• RQ4 BeppoSAX의 관측 전략이 X선이 밝고 ν_peak가 높은 소스를 선호함에 따라 관측된 SED 분포가 어느 정도 편향되어 있는가?
• RQ5 초고에너지 피크 주파수를 가진 BL Lacs(Ultra High energy peaked BL Lacs, UHBLs) 후보자는 있는가? 즉, 동기방출 피크가 감마선 대역에 도달하는가?

주요 결과

• 동기방출 피크 주파수 ν_peak는 약 0.1 eV에서 100 keV 이상에 이르는 최소 여섯 개 주기의 범위를 포함하며, LBL, HBL 및 잠재적인 UHBL 영역을 모두 포함한다.
• 고에너지 피크를 가진 BL Lacs의 경우, 로그 파라볼라 모델이 파워 루프 모델보다 스펙트럼 곡률을 더 잘 기술하며, 평균 β 파arameter는 −0.38 ± 0.1이다.
• 관측된 스펙트럼 곡률은 고에너지에서 효율성이 감소하는 입자 가속 과정을 시사하며, 이는 낮은 에너지 피크를 가진 BL Lacs보다 β 값이 더 급격한 것으로 확인된다.
• 몇몇 소스에서 연속적인 연속 스펙트럼 곡률 변화가 관측되었으며, 이는 연속적인 연속 스펙트럼 곡률 변화가 관측되었으며, 이는 동기방출과 역방출 복사 영역 간의 전이를 시사한다.
• 샘플은 BL Lacs 하위집단에서 X선이 밝고 HBL 성질을 띠는 소스에 강한 편향을 보이며, FSRQ는 주로 낮은 ν_peak 소스로 구성되어 있어 전체 빛의 세기와 X선 피크를 가진 FSRQ의 희귀성과 일치한다.
• FSRQ 중 유일하게 동기방출 피크가 X선 대역에 있는 1ES 1627+402를 발견하여, FSRQ 집단 내에서 매우 희귀한 현상임을 확인하였다.