[논문 리뷰] Constraining blazars distances with combined GeV and TeV data

E. Prandini, M. Mariotti외 1명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 03.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 Extragalactic Background Light (EBL) 흡수 보정된 Very High Energy (VHE) 스펙트럼과 Fermi/LAT의 GeV 스펙트럼 지수를 비교하여 거리가 알려지지 않은 블라자르의 적색편이를 제약하는 업데이트된 방법을 제시한다. 이 방법은 추정된 상한 적색편이 $ z^* $ 와 진짜 적색편이 사이의 선형 관계를 사용하며, 확장된 샘플에서 검증되었고, PKS 1424+240에 적용되었을 때 가장 가능성 있는 적색편이는 $ 0.26 \pm 0.05 $ 로 도출되었으며, 이는 독립적인 VERITAS 분석과 일치한다.

ABSTRACT

Recently, a new method to constrain the distances of blazars with unknown redshift using combined observations in the GeV and TeV regimes has been developed. The underlying assumption is that the Very High Energy (VHE, E > 100 GeV) spectrum corrected for the absorption of TeV photons by the Extragalactic Background Light (EBL) via photon-photon interaction should still be softer than the gamma-ray spectrum observed by Fermi/LAT. The constraints found are related to the real redshifts by a simple linear relation, that has been used to infer the unknown or uncertain distance of blazars. The sample is revised with the up-to-date spectra in both TeV and GeV bands and the method applied to the unknown distance blazar PKS 1424+240 detected at VHE.

연구 동기 및 목표

• 알려지지 않았거나 불확실한 적색편이를 가진 블라자르의 적색편이 추정을 GeV 및 TeV 감마선 데이터를 통합하여 향상시키기.
• LAT가 측정한 GeV 스펙트럼 지수로 내재된 VHE 스펙트럼의 상한을 제공하는 '최대 경도 가설'을 검증하기.
• 업데이트된 Fermi/LAT 및 VHE 데이터를 사용하여 추정된 상한 적색편이 $ z^* $ 와 진짜 적색편이 $ z_{\text{true}} $ 사이의 선형 관계를 정밀화하기.
• 적색편이가 알려지지 않았지만 VERITAS에 의해 VHE 대역에서 검출된 고에너지 블라자르인 PKS 1424+240에 이 방법을 적용하기.

제안 방법

• 이 방법은 0.1–100 GeV 범위에서 Fermi/LAT가 측정한 GeV 스펙트럼 지수 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ 와 EBL 흡수 보정된 VHE 스펙트럼을 비교한다.
• deabsorbed VHE 스펙트럼은 Franceschini EBL 모델을 사용하여 유도되며, 관측된 TeV 광도에 대해 $ \tau(E,z) $ 를 적용한다.
• 적색편이 $ z^* $ 는 deabsorbed VHE 스펙트럼이 LAT 스펙트럼 지수 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ 와 일치하는 값으로 결정되며, 이는 진짜 적색편이의 상한으로 기능한다.
• 기존 적색편이가 알려진 블라자르에 대해 선형 피팅 $ z^* = A + B z_{\text{true}} $ 를 적용하여 방법을 校정한다.
• 재구성된 적색편이 $ z_{\text{rec}} $ 는 $ z_{\text{rec}} = (z^* - A)/B $ 를 통해 계산되며, 불확실성은 $ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ 분포에 대한 가우시안 피팅으로 유도된다.
• 이 방법은 $ \Gamma_{\text{LAT}} = 1.83 \pm 0.03 $ 를 사용하여 PKS 1424+240에 적용되었으며, $ z^* = 0.45 \pm 0.15 $ 와 $ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $ 를 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 GeV 및 TeV 감마선 데이터의 통합 분석이 거리가 알려지지 않은 블라자르의 적색편이를 제약할 수 있는가?
• RQ2 LAT가 측정한 GeV 스펙트럼 지수가 '최대 경도 가설'에 따라 내재된 VHE 스펙트럼의 신뢰할 수 있는 상한을 제공하는가?
• RQ3 더 큰, 더 정밀한 데이터셋으로 업데이트된 후 $ z^* $ 와 $ z_{\text{true}} $ 사이의 선형 관계가 탄탄한가?
• RQ4 VHE 대역에서 검출되었지만 적색편이가 알려지지 않은 블라자르인 PKS 1424+240의 가장 가능성 있는 적색편이는 얼마인가?

주요 결과

• 최대 경도 가설이 확인되었다: 모든 $ z^* $ 값은 $ z^* = z_{\text{true}} $ 이분선 위 또는 위에 위치하여 $ z^* $ 가 진짜 적색편이의 타당한 상한임을 나타낸다.
• 업데이트된 데이터를 사용하여 선형 관계 $ z^* = A + B z_{\text{true}} $ 가 검증되었으며, 파ameters는 $ A = 0.036 \pm 0.014 $ 와 $ B = 1.60 \pm 0.14 $ 로 도출되었다.
• $ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ 의 분포는 $ \sigma = 0.05 $ 인 가우시안으로 잘 맞아떨어지며, 재구성된 적색편이에 대해 $ \pm 0.05 $ 의 체계적 불확실성이 있음을 시사한다.
• PKS 1424+240에 대해 이 방법을 적용한 결과 재구성된 적색편이는 $ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $ 로 도출되었으며, 이는 동시에 측정된 LAT 데이터를 사용한 VERITAS의 $ 0.5 \pm 0.1 $ 추정과 일치한다.
• 선형 피팅의 낮은 확률(6%)은 새로운 소스의 포함 때문이 아니라, 신규 LAT 스펙트럼 지수의 오차 범위가 더 작아서 발생한 것으로 기인된다.
• 적색편이가 불확실한 두 개의 소스(S5 0716+714 및 3C 66A)는 기대되는 $ \Delta z $ 분포 외부에 위치하여, 가능성이 적색편이의 정확도 부족 또는 내재적 특이성일 수 있음을 시사한다.