[논문 리뷰] Blazar Discoveries with VERITAS

J. S. Perkins|arXiv (Cornell University)|2009. 07. 28.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

VERITAS는 높은 에너지(VHE) 감마선 방출을 보이는 네 개의 블라자르를 발견했으며, 이는 두 개의 고주파수 피크 BL 라크(1ES 0806+524 및 RGB J0710+591)와 두 개의 중간주파수 피크 BL 라크(W Com 및 3C 66A)를 포함한다. 이는 VHE 블라자르 목록을 크게 확장한 것으로, 블라자르 제트 물리학과 갈라크티카 배경 빛 흡수에 대한 새로운 통찰을 제공한다.

ABSTRACT

Blazars are among the most energetic and violent objects in the universe. By observing blazars at very high energies (VHE, E > 100 GeV) we can better understand blazar emission mechanisms, jet structure, black hole accretion and the extragalactic background light (EBL). VERITAS, an array of four 12-meter diameter imaging atmospheric-Cherenkov telescopes, performs VHE studies of blazars through intense monitoring and discovery campaigns. Most blazars known to emit VHE gamma rays are high-frequency-peaked BL Lacertae (HBL) objects, and VERITAS has discovered VHE emission from two of these: 1ES 0806+524 and RGB J0710+591. VERITAS has also discovered VHE gamma rays from two intermediate-frequency-peaked BL Lacertae (IBL) objects: W Com and 3C 66A. The expansion of the VHE catalog to include IBL objects enables a better understanding of the AGN population as a whole. This contribution presents recent results from the VERITAS blazar discovery program.

연구 동기 및 목표

• 새로운 VHE 방출 블라자르를 발견함으로써 매우 높은 에너지(VHE) 감마선 블라자르 목록을 확장하는 것.
• 다중파장 관측 및 스펙트럼 에너지 분포(SED) 모델링을 통해 블라자르의 방출 메커니즘을 연구하는 것.
• 멀리 떨어진 블라자르에서 온 VHE 광자의 스펙트럼 감쇠를 측정하여 갈라크티카 배경 빛(EBL)을 탐구하는 것.
• VERITAS가 희미하고 확장된 소스, 특히 시야 가장자리 근처의 소스를 탐지하는 능력을 시험하는 것.
• 여러 기기(예: VERITAS 대 MAGIC)의 관측을 비교하여 소스 위치 규명의 모호함을 해결하는 것.

제안 방법

• 북반구의 활성 은하핵(AGN)을 깊이 있는 모니터링을 위해 네 대의 12미터 이미징 대기 찰렌코프 망원경으로 구성된 VERITAS 어레이를 활용하였다.
• 점원형 소스와 일치하는 초과 사건을 식별하기 위해 각도 거리 분포를 사용한 점원형 분석을 수행하였다.
• 통계적 및 체계적 오차를 포함한 파wr-법칙 피팅 모델을 사용하여 광자 에너지 스펙트럼을 재구성하였다.
• Franceschini 등(2008)의 EBL 흡수 모델을 적용하여 간성 간 광자-광자 쌍생성에 의한 보정을 거친 탈흡수 스펙트럼을 계산하였다.
• 완전한 SED를 구성하기 위해 Swift, Chandra, Fermi 위성과의 연계 다중파장 관측을 수행하였다.
• 의미도 맵과 광도 곡선을 사용하여 밤 간의 변동성과 폭발적 변화 스케일에서의 변동성을 탐지하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 VERITAS는 VHE 감마선 방출을 보이는 중간주파수 피크 BL 라크(IBL)를 탐지할 수 있는가? 이는 VHE 목록에서 덜 흔한 종류이다.
• RQ2 멀리 떨어진 블라자르인 3C 66A와 같은 경우 관측된 부드러운 VHE 스펙트럼을 갈라크티카 배경 빛(EBL) 흡수로 얼마나 잘 설명할 수 있는가?
• RQ3 최근 발견된 블라자르인 1ES 0806+524와 RGB J0710+591의 스펙트럼 에너지 분포(SED)는 동기방출-자기공명 방출-자기공명(SSC) 방출 모델을 얼마나 잘 지지하는가?
• RQ4 VERITAS는 시야 가장자리 근처의 소스, 예를 들어 W Com 관측 중 1ES 1218+304를 탐지할 수 있는가?
• RQ5 3C 66A와 그 이웃 3C 66B의 관측에서 VERITAS와 MAGIC 간의 소스 위치 및 스펙트럼 지수의 괴리 현상은 무엇으로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• VERITAS는 1ES 0806+524에서 6.3σ의 유의도로 VHE 감마선을 탐지하였으며, 300 GeV 이상에서 2.2 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹의 광도(크래브 성운의 1.8%)를 기록했고, 광자 지수는 3.6 ± 1.0(통계) ± 0.3(체계적)이었다.
• W Com(IBL)은 4.9σ의 유의도로 탐지되었으며, 폭발 기간 동안 21.2σ로 상승했고, 광도는 1.99 × 10⁻¹¹ cm⁻²s⁻¹(크래브의 9.0%)였으며, 스펙트럼 지수는 3.8 ± 0.4(통계) ± 0.3(체계적)이었다. 이는 IBL이 VHE 방출자임을 확인한다.
• VERITAS는 3C 66A(IBL)를 21.2σ의 유의도로 탐지하였으며, 1791개의 초과 사건을 기록하여 광도 1.30 × 10⁻¹¹ cm⁻²s⁻¹(크래브의 6.0%)와 연약한 스펙트럼 지수 4.1 ± 0.4(통계) ± 0.6(체계적)를 얻었고, 적성수 z = 0.444를 가정할 경우 EBL 탈흡수 후 스펙트럼 지수가 1.1 ± 0.4로 경화됨을 보였다.
• VERITAS 데이터는 3C 66B가 VHE 소스가 아님을 4.3σ로 배제하였으며, MAGIC의 약간의 연관성과의 괴리를 해결하였고, 2007년과 2008년 사이의 소스 변동성 가능성을 시사하였다.
• RGB J0710+591(HBL)는 22.4시간의 관측 후 6.3σ의 유의도로 탐지되었으며, 광도 2.7 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹(크래브의 1.2%)와 스펙트럼 지수 2.8 ± 0.3(통계) ± 0.3(체계적)를 기록하였고, 이는 중간 거리와 경량 스펙트럼을 지지하는 것으로 확인되었다.
• W Com과 3C 66A의 두 IBL 발견은 HBL 이외의 VHE 블라자르 인구를 확장하였으며, 더 넓은 적성수 및 빛의 세기 범위에서 제트 구조와 EBL 영향에 대한 새로운 연구를 가능하게 하였다.