[논문 리뷰] Fermi-LAT Detection of a Hard Spectrum Flare from the Gravitationally Lensed Blazar B0218+357

S. Buson, C. C. Cheung외 2명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 10.

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한 줄 요약

이 논문은 2014년 7월 동안 중력 렌즈 효과를 겪는 블라자 B0218+357에서 관측된 딱딱한 스펙트럼의 감마선 플레어를 페르미-LAT가 검출한 결과를 보고한다. 플레어의 광자 지수는 Γ ≈ 1.4–1.6로 이전 관측보다 훨씬 딱딱한 스펙트럼을 보이며, 11.46일의 감마선 렌즈 지연에 의해 예측된 지연된 복사가 11.5일 후에 확인되었다. 또한 마지지(MAGIC)가 매우 높은 에너지(VHE) 방사선을 검출하여, B0218+357이 알려진 바 중 가장 먼 테바론(TeV) 방출원임을 입증하였다.

ABSTRACT

The Fermi-LAT has observed new gamma-ray flares from the blazar B0218+357 during July 2014. While no significant change in the gamma-ray spectrum has been previously observed through the flaring phase in late-2012, during this recent high activity the source displayed an exceptionally hard spectrum. The latter led to the detection of very high energy (VHE, E > 100 GeV) gamma-rays from B0218+357 by the MAGIC telescopes, establishing this source as the most distant TeV emitter known to date. In addition to the detection of VHE emission, this blazar is of particular interest since it is known to be a double-image gravitationally lensed system with a lens delay of 11.46 +/- 0.16 days measured in gamma-rays. We present the Fermi-LAT study of the July 2014 flares and discuss them in the context of previous measurements.

연구 동기 및 목표

• 2014년 7월의 새로운 고활성 단계 동안 B0218+357의 스펙트럼적 및 시간적 행동을 연구하기 위해.
• 2012년에 측정된 감마선 렌즈 지연(11.46 ± 0.16일)이 새로운 플레어 활동과 일치하는지 테스트하기 위해.
• 특히 이전 플레어에서 관측되지 않았던 딱딱한 스펙트럼(Γ < 2)의 발생을 포함한 스펙트럼 변화를 조사하기 위해.
• 감마선에서의 광도 비율(A/B)을 라디오에서의 비율과 비교하여 렌즈 모델과의 일관성을 평가하기 위해.
• 마지지 망원경을 통한 교차 관측을 통해 매우 높은 에너지(VHE) 감마선의 검출을 확인하기 위해.

제안 방법

• MJD 56849–56865 기간 동안 6시간 간격으로 페르미-LAT 데이터를 분석하였으며, 딱딱한 스펙트럼 플레어를 특성화하기 위해 300 MeV 이상의 에너지 범위에 집중하였다.
• 플레어 기간 동안 광자 지수를 자유롭게 변동시킬 수 있는 단일 파wr-법 스펙트럼 모델을 적용하였다.
• 소스의 유의성을 판단하기 위해 테스트 통계량(TS)을 사용하였으며, TS < 8일 경우 95% 신뢰수준의 상한선을 적용하였다.
• 지연된 상관관계를 탐색하기 위해 1일 간격으로 정렬된 광도곡선에 대해 자기상관함수(ACF) 분석을 수행하였다.
• 초기 플레어 기간 동안 고에너지 광자(95 GeV 및 54 GeV)가 소스 위치와 일치하는지 평가하였다.
• 두 번째 플레어 기간(이미지 A 및 B) 동안 평균 광도를 1.5일 간격으로 사용하여 광도 비율(A/B)을 계산하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2014년 B0218+357의 감마선 플레어는 이전에 보고된 바와 같이 딱딱한 스펙트럼(Γ < 2)을 보이는가?
• RQ2 11.46 ± 0.16일의 감마선 렌즈 지연은 두 번째 플레어(이미지 B)의 도착 시간과 일치하는가?
• RQ3 2014년 플레어 동안 광도 비율(A/B)은 얼마이며, 이는 이전의 감마선 및 라디오 측정치와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 플레어 기간 동안 매우 높은 에너지(VHE) 감마선이 검출되었는가, 그리고 이는 렌즈 효과를 받은 이미지 B 방출과 일치하는가?
• RQ5 첫 번째 플레어(이미지 A) 기간 동안 LAT에 의해 검출된 고에너지 광자(≥50 GeV)가 지연된 플레어(이미지 B) 기간 동안도 관측되는가?

주요 결과

• 2014년 플레어는 매우 딱딱한 스펙트럼을 보였으며, MJD 56851에선 광자 지수 Γ = 1.4 ± 0.1로 이전에 관측된 일반적인 Γ ≈ 2.3보다 훨씬 딱딱한 스펙트럼을 보였다.
• 이미지 B에서의 지연된 방출은 초기 플레어 이후 약 11.5일 후에 검출되었으며, 이는 이전에 측정된 감마선 렌즈 지연 11.46 ± 0.16일과 일치하였다.
• 2014년 플레어 기간 동안 평균 광도 비율(A/B)은 약 4로 계산되었으며, 2012년에 관측된 단일 비율과 다름에도 불구하고 라디오 측정치(A/B ≈ 3–4)와 유사한 값을 보였다.
• 페르미-LAT는 첫 번째 플레어(이미지 A) 기간 동안 고에너지 광자 두 개(95 GeV 및 54 GeV)를 검출하였지만, 지연된 플레어(이미지 B) 기간에는 이를 관측하지 못하여, 스펙트럼적 또는 시간적 변화가 있을 수 있음을 시사하였다.
• 마지지 망원경은 지연된 플레어 기간 동안 매우 높은 에너지 감마선(E > 100 GeV)을 검출하여, B0218+357이 알려진 바 중 가장 먼 테바론(TeV) 방출원임을 확인하였다.
• 1일 간격으로 정렬된 광도곡선의 ACF 분석에서 약 11일 근처에 피크가 관측되어 렌즈 지연을 지지하는 바이나, 그 통계적 유의성은 아직 정량화되지 않았다.