[논문 리뷰] A Multiwavelength Cross-Correlation Variability Study of Fermi-LAT Blazars

V. Patiño-Álvarez, A. Carramiñana외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 08.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 4인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 16개의 페르미-LAT 탐지 블라자에서 적외선(V 대역), 근적외선(J, H, K, Ks), 그리고 감마선 대역 간의 다파장 변동성을 교차상관 분석을 통해 조사한다. ICCF, DCCF, ZDCF 세 가지 통계적 방법을 적용하여, 근적외선 대역에서 모든 소스에서 동시 변동이 발생하고, 13개의 물체에서 옵티컬 및 NIR 대역 간에 유의미한 상관관계가 있음을 발견하였으며, PKS 1510-089와 3C 454.3를 포함한 네 개의 블라자에서 감마선과 옵티컬/NIR 복사 간에 1–22일의 지연 상관관계를 확인하였다.

ABSTRACT

We carried out a multiwavelength cross-correlation analysis of a sample of 16 blazars detected by Fermi/LAT. The purpose is to investigate if there exists correlations between the distinct bands we analyze in this work. We searched for cross-correlated delays between emissions in optical, near-infrared and γ-ray bands for 16 blazars detected by Fermi-LAT, using three methods previously discussed in the literature: the interpolated cross-correlation function, the discrete cross-correlation function and the Z-transformed discrete cross-correlation function. Our results confirm the expectation that in all our sample the four NIR bands vary simultaneously. For three objects of our sample (3C 273, Mrk 501, and PMN J0808-0751), no correlation is found between any of the bands available for this study. For the remaining thirteen, a correlation was found between the V band and the NIR bands, indicating that in most of them the V band and the NIR bands vary simultaneously. For 4 objects (3C 454.3, PKS 0235+164, PKS 1510-089, and PKS 2155-304) a delayed correlation between the γ-ray emission and the NIR+V bands was found.

연구 동기 및 목표

• 페르미-LAT 탐지 블라자에서 옵티컬, NIR, 감마선 복사 간의 교차상관관계를 조사하기 위해.
• 복사 대역 간의 시간 지연을 규명하여 복사 영역의 위치와 물리적 과정을 추론하기 위해.
• OVV 및 BL Lac 유형 블라자 간의 변동성 행동 차이를 평가하기 위해.
• ICCF, DCCF, ZDCF 세 가지 교차상관 기법의 결과를 검증하고 비교하기 위해.
• 감마선과 낮은 에너지 복사 간에 유의미한 시간 지연을 보이는 소스를 특정하여 추가적인 SED 모델링을 수행하기 위해.

제안 방법

• 등간격 샘플링을 위해 빛의 강도 곡선을 재샘플링하고 시간 지연에 따른 상관계수를 계산하기 위해 보간 교차상관함수(ICCF)를 적용하였다.
• 불규칙하게 샘플링된 이산 빛의 강도 곡선 간의 상관계수를 다양한 지연 시간에서 계산하기 위해 이산 교차상관함수(DCCF)를 사용하였다.
• 통계적 안정성 향상과 노이즈 감소를 위해 고정된 11개의 쌍을 사용한 Z-변환 이산 교차상관함수(ZDCF)를 구현하였다.
• ZDCF 알고리즘을 수정하여 가장 음의 지연 시간에서 쌍 할당을 시작하여 중복된 쌍 사용을 줄이고 박스 일관성을 향상시켰다.
• 피어슨 상관계수의 신뢰구간을 추정하기 위해 피셔의 z-변환과 오차 전파를 사용하여 유의수준을 계산하였다.
• 2007년부터 2012년까지 광범위한 시간 커버리지를 확보하기 위해 OAGH, SMARTS, SPOL, WEBT, AAVSONet 등의 여러 관측소 데이터를 통합하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 페르미-LAT 블라자에서 옵티컬 및 근적외선 복사 간에 동시 변동이 발생하는가?
• RQ2 감마선 복사와 옵티컬/NIR 복사 간에 시간 지연이 존재하는가? 만약 존재한다면 그 크기는 얼마인가?
• RQ3 OVV 및 BL Lac 유형 블라자 간의 교차상관관계 행동에 차이가 있는가?
• RQ4 불규칙하게 샘플링된 빛의 강도 곡선에 대해 ICCF, DCCF, ZDCF 중 어떤 기법이 가장 신뢰할 수 있는 지연 추정치를 제공하는가?
• RQ5 감마선과 낮은 에너지 복사 간에 다중 시간 지연이 관측되는 소스가 있는가?

주요 결과

• 모든 16개의 블라자에서 J, H, K, Ks 근적외선 대역 간에 동시 변동이 관측되어 NIR 복사 과정이 일관되게 발생함을 확인하였다.
• 16개 소스 중 13개에서 V 대역과 NIR 대역 간에 유의미한 상관관계가 발견되어 옵티컬 및 NIR 복사 영역이 함께 움직임을 나타냄을 시사하였다.
• 3C 273, Mrk 501, PMN J0808-0751 세 개의 소스는 어떤 밴드 조합에서도 유의미한 상관관계를 보이지 않아 복잡하거나 분리된 복사 메커니즘을 시사하였다.
• 3C 454.3, PKS 0235+164, PKS 1510-089, PKS 2155-304 네 개의 블라자는 감마선과 옵티컬/NIR 복사 간에 지연된 상관관계를 보였으며, 각각 1.1±1.8일(3C 454.3), 22±11일(PKS 0235+164), 7.3±4.0일(PKS 1510-089), 3.5±2.3일(PKS 2155-304)의 지연 시간를 기록하였다.
• 3C 279는 잠재적인 이중 피크 상관관계를 보였는데, 하나는 영점 근처에, 다른 하나는 약 250일 지연에 위치하여 다중 복사 성분 또는 복잡한 변동성 메커니즘을 시사하였다.
• OVV 및 BL Lac 유형 간에 교차상관관계 행동에 유의미한 차이가 없었으며, 이는 두 하위유형 간 유사한 복사 메커니즘이 존재함을 시사하였다.