[논문 리뷰] Exploring the bulk of the BL Lac object population:1. parsec-scale radio structures

Elisabetta Liuzzo, M. Giroletti외 8명|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 11.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 44인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 8 및 15 GHz Very Long Baseline Array 관측을 이용하여 복사선 밀도 제한 없이 42개의 저적도 BL Lac 물체에 대한 첫 번째 체계적 VLBI 조사 결과를 제시한다. 이는 편미세 척도의 전파 구조를 분석하기 위한 것이다. 대부분의 천체에서 밀도가 높거나 한쪽 방향으로 뻗은 제트를 관측하였으며, 그 중 14/42가 Fermi-LAT 전파 대역에서의 반사체를 가지며, 낮은 밀도, 날카로운 전파 스펙트럼, 약한 감마선 방출을 보이는 희미하고 낮은 밀도의 BL Lacs 집단을 드러내며, 기존의 블라자르 이론에 도전한다.

ABSTRACT

Context. The advent of Fermi is changing our understanding on the radio and gamma-ray emission in Active Galactic Nuclei. Contrary to pre-Fermi ideas, BL Lac objects are found to be the most abundant emitters in the gamma-ray band. However, since they are relatively weak radio sources, most of their parsec-scale structure and their multi-frequency properties are poorly understood and/or have not been investigated in a systematically fashion. Aims. Our main goal is to analyze the radio and gamma-ray emission properties of a sample of 42 BL Lacs selected, for the first time in the literature, with no constraint on their radio and gamma-ray flux densities/emission. Methods. Thanks to new Very Long Baseline Array observations at 8 and 15 GHz for the whole sample, we present here fundamental parameters such as radio flux densities, spectral index information, and parsec-scale structure. Moreover, we search for gamma-ray counterparts using data reported in the Second Catalog of Fermi Gamma-ray sources. Results. Parsec-scale radio emission is observed in the majority of the sources at both frequencies. Gamma-ray counterparts are found for 14/42 sources. Conclusions. The comparison between our results in radio and gamma-ray bands points out the presence of a large number of faint BL Lacs showing "non classical" properties such as low source compactness, core dominance, no gamma-ray emission and steep radio spectral indexes. A deeper multiwavelength analysis will be needed.

연구 동기 및 목표

• 통계적으로 완전하고 복사선 밀도 제한이 있는 저적도 BL Lac 물체 샘플의 편미세 척도 전파 구조를 조사하기 위해.
• 특히 전파 대역에서 희미한 천체들에 대해 이들의 전파 및 감마선 방출 성질을 규명하기 위해.
• 낮은 코어 우세도, 날카로운 전파 스펙트럼, 감마선 방출 부재 등의 비고전적 성질을 띤 BL Lacs를 식별하고 특성화하기 위해.
• 이전 VLBI 조사에서 희미하고 고주파수 피크를 가진 BL Lacs를 놓친 이유를 평가하기 위해.
• 더 넓은 BL Lacs 집단에 대한 다파장 연구의 기초를 마련하기 위해.

제안 방법

• 저적도 BL Lac 물체 42개의 샘플에 대해 8 및 15 GHz에서 고해상도 Very Long Baseline Array (VLBA) 관측을 수행하였다.
• 동적 범위를 향상시키고 희미한 밀집 성분을 탐지하기 위해 위상 기반 기법(Phase-referencing)을 사용하였다.
• VLBA 이미지에서 총 및 코어 복사선 밀도, 스펙트럼 기울기, 소스 밀도(Compactness, SC)를 측정하였다.
• Fermi-LAT 2번째 소스 목록과의 교차 식별을 통해 감마선 반사체를 탐색하였다.
• 전파 형태(예: 해소되지 않은, 한쪽 방향 제트, 산란 허브) 및 감마선 연관성에 따라 천체를 분류하였다.
• 거리 및 빛의 강도 계산을 위해 표준 천체물리적 파rameters(h = 0.71, Ωm = 0.27, ΩΛ = 0.73)를 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통계적으로 완전하고 복사선 밀도 제한이 있는 저적도 BL Lac 물체 샘플에서 편미세 척도 전파 구조의 분포는 어떠한가?
• RQ2 이 BL Lacs의 전파 및 감마선 성질은 고전적 블라자르 모델과 어떻게 비교되는가?
• RQ3 Fermi-LAT 조사에서 VLBI로 편미세 척도에서 탐지 가능한 BL Lacs의 비율은 얼마이며, 그들의 구조적 성질은 어떠한가?
• RQ4 고에너지 방출을 보이는 많은 BL Lacs들이 고해상도 전파 조사에서 탐지되지 않는 이유는 무엇인가?
• RQ5 낮은 코어 우세도, 날카로운 전파 스펙트럼, 감마선 방출 부재 등의 비고전적 성질을 보이는 BL Lacs의 비율은 얼마인가?

주요 결과

• 8 GHz에서 42개의 천체 중 38개, 15 GHz에서 36개에서 편미세 척도 전파 방출을 탐지하여, 대부분의 천체에서 밀도 높은 또는 제트형 구조를 가짐을 시사한다.
• 42개의 천체 중 14개(33%)가 Fermi-LAT 2번째 소스 목록에서 감마선 방출과 연관되어 있으며, 고에너지 활동을 확인한다.
• 표본의 상당수(예: J1427+5409, J1510+3335, J1534+3715)에서 낮은 코어 우세도(SC ≤ 0.12)와 날카로운 전파 스펙트럼 기울기(αtot ~ 0.83)를 관측하여, 비고전적 BL Lacs 성질을 나타낸다.
• J1534+3715와 같은 일부 천체는 감마선 반사체가 존재하지만 VLBA 데이터에서 탐지 가능한 밀집 코어 방출이 없었으며, 이는 관측적 과제 또는 확장된 방출의 가능성을 시사한다.
• J1428+4240, J1647+2909 등 여러 천체에서 한쪽 방향 제트를 관측하였으며, 15 GHz에서 제트 성분의 복사선 밀도는 약 2에서 7.5 mJy 범위였다.
• 희미하고 낮은 밀도의 BL Lacs 집단이 날카로운 전파 스펙트럼과 약한 감마선 방출을 보이며, 다파장 후속 관측이 깊이 필요함을 규명하였다.