[논문 리뷰] A complete sample of LSP blazars fully described in $γ$-rays. New $γ$-ray detections and associations with Fermi-LAT

B. Arsioli, G. Polenta|arXiv (Cornell University)|2018. 04. 10.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 51인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 104개의 밝고 라디오로 선택된 저동역도피크(LSP) 블라자에 대해 7.5년에 걸친 완전한 페르미-LAT 분석을 수행하며, 6개의 새로운 감지 γ선과 3개의 이전에 미해결된 3FGL 소스를 개선된 위치 제약 조건을 사용해 블라자와 연관지었다. 대부분의 'γ선 침묵적' LSP 블라자는 실제로 감지되지 않은 것이 아니라 일시적인 플레어를 보이거나 감도 한계 이하에 있으며, Compton 지배도(CD)는 log(CD) ≈ 0.1 중심의 가우시안 유사 분포를 보이며 평균적으로 동기방출과 역입자 Compton 피크 힘의 균형을 나타낸다.

ABSTRACT

We study the $γ$-ray and broadband spectral energy distribution (SED) properties of a complete sample of 104 bright, radio-selected low-synchrotron peaked (LSP) blazars. Most of the sources have already been detected in the $γ$-ray band by Fermi-LAT, however almost 20% of these blazars have no counterpart in any of the Fermi catalogs so far. Using the Fermi Science Tools, we look for $γ$-ray emission for those objects not yet reported in any Fermi-LAT catalog. We performed a binned likelihood analysis in the 0.3-500 GeV energy band with Fermi-LAT Pass 8 data, integrating over 7.5 years of observations. We studied $γ$-ray light curves and test statistic (TS) maps to validate new detections and associations. We fit the synchrotron (Syn) and inverse Compton (IC) components for all sources using all available historical data, enhancing the study of Syn to IC peak-power correlations. We derive the distribution of the Compton dominance (CD) along with population properties such as Syn and IC peak power, and frequency distributions. We deliver a unique characterization in $γ$-rays for a complete sample of LSP blazars. We show that three previously unidentified 3FGL sources can be associated with blazars when using improved $γ$-ray positions obtained from TS maps. Six previously unreported $γ$-ray sources are detected at TS>20 level, while another three show TS values between 10-20. We evaluate two cases in which source confusion is likely present. In four cases there is no significant $γ$-ray signature, however short-lived flares have been detected in these sources. Finally, the log(CD) has a Gaussian-like distribution with median log(CD)=0.1, implying that on average the peak-power for the Syn and IC components in LSP blazars are similar.

연구 동기 및 목표

• 페르미-LAT 카탈로그에 아직 감지되지 않은 104개의 밝고 라디오로 선택된 LSP 블라자에서 γ선 방출을 식별하기 위해.
• 고해상도 테스트 통계량(TS) 지도를 사용하여 이전에 미해결된 3FGL 소스의 소스 연관성에 대한 모호함을 해결하기 위해.
• 전체 샘플의 밴드폭 스펙트럼 에너지 분포(SED)와 Compton 지배도(CD)를 특성화하기 위해.
• 임시 플레어 활동이 명백한 γ선 비감지 상태를 설명하는 데 기여하는 방식을 조사하기 위해.
• 변동성이 CD에 미치는 영향을 평가하고 SSC 대비 외부 Compton(EC) 방출 메커니즘이 어느 정도 지배적인지를 평가하기 위해.

제안 방법

• 0.3–500 GeV 에너지 범위에서 7.5년간의 페르미-LAT Pass 8 데이터를 바인딩한 최대우도 분석을 수행하였다.
• 신규 감지의 유효성 검증과 소스 변동성 평가를 위해 테스트 통계량(TS) 지도와 γ선 라이트 커브를 활용하였다.
• 라디오에서 GeV γ선까지의 동기방출 및 역입자 Compton(IC) 성분을 모델링하기 위해 다중파장 SED 피팅을 적용하였다.
• TS 지도에서 개선된 γ선 소스 위치를 사용하여 이전에 미해결된 3FGL 소스를 LSP 블라자와 연관지었다.
• Compton 지배도(CD = L_IC / L_Syn)를 측정하고 샘플 전반에서의 분포를 분석하였다.
• 시간 해상도 분석을 사용하여 빠른 γ선 변동성이 CD 값에 미치는 영향을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미-LAT 카탈로그에서 이전에 감지되지 않은 LSP 블라자는 깊고 장기적인 γ선 데이터 분석을 통해 식별될 수 있는가?
• RQ2 'γ선 침묵적' LSP 블라자는 실제로 일시적인 플레어 상태에서 감지 가능한 γ선 방출을 나타내는가?
• RQ3 완전한 LSP 블라자 샘플에서 Compton 지배도(CD)의 통계적 분포는 무엇이며, 이는 주된 방출 메커니즘에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 빠른 γ선 변동성이 측정된 Compton 지배도에 영향을 미치며, 변동성 지수는 고-CD 상태를 신뢰할 수 있는 대체 지표로 사용될 수 있는가?
• RQ5 SED 피팅 결과는 밝은 LSP 블라자에서 동기방출 자기 Compton(SSC) 또는 외부 Compton(EC) 모델을 어느 정도 지지하는가?

주요 결과

• TS > 20인 6개의 새로운 γ선 소스가 감지되었으며, 추가로 3개의 소스는 TS 10–20 사이를 보이며 이전에 감지되지 않은 방출을 확인하였다.
• 고해상도 TS 지도를 사용하여 이전에 미해결된 3개의 3FGL 소스를 LSP 블라자와 성공적으로 연관지었다.
• 4개의 소스는 7.5년 동안 유의미한 γ선 방출을 보이지 않았지만, 그 중 2개에서 짧은 수명의 플레어(약 1개월 규모)가 감지되었다.
• log(CD)의 분포는 가우시안 유사 분포를 보이며 중앙값이 약 0.1으로, LSP 블라자에서 일반적으로 동기방출과 역입자 Compton 피크 빛의 강도가 유사함을 나타낸다.
• 세 소스에서 빠른 γ선 플레어 기간 동안 고 log(CD) 값(침묵 상태 대비 최대 두 배수 정도 높은)이 관측되어 강한 변동성 기반 향상이 일어남을 시사한다.
• log(CD)와 γ선 변동성 지수 사이에 강한 상관관계는 발견되지 않았으며, 이는 변동성 지수만으로 고-CD 상태를 추적하는 데는 부적절함을 시사한다.