[논문 리뷰] IGR J18249-3243: a new GeV-emitting FR II and the emerging population of high energy radio galaxies

G. Bruni, L. Bassani외 11명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 02.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 67인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 다중 파장 데이터를 사용하여 IGR J18249–3243을 새로운 고에너지 방사선 방출 FR II 전파은하로 재분류한다. 이는 고에너지 방출이 제트 방출이 아니라 빔 내에서 역컴프턴 산란에 의해 가장 잘 설명된다는 것을 보여준다. 깊은 전파 조사들을 통해 여덟 개의 새로운 고에너지 전파은하를 특정하였으며, 이는 기여하는 고에너지 천체로서의 역할을 하는 기울어진 AGN의 새로운 집단이 드러나 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The advent of new all-sky radio surveys such as the VLA Sky Survey (VLASS) and the Rapid ASKAP Continuum Survey (RACS), performed with the latest generation radio telescopes, is opening new possibilities on the classification and study of extragalactic $\gamma$-ray sources, specially the underrepresented ones like radio galaxies. In particular, the enhanced sensitivity (sub-mJy level) and resolution (a few arcsec) provides a better morphological and spectral classification. In this work, we present the reclassification of a Fermi-LAT source as a new FRII radio galaxy from the INTEGRAL sample found to emit at GeV energies. Through a broad-band spectral fitting from radio to $\gamma$-ray, we find that the commonly invoked jet contribution is not sufficient to account for the observed $\gamma$-ray flux. Our modeling suggests that the observed emission could mainly originate in the lobes (rather than in the radio core) by inverse Compton scattering of radio-emitting electrons off the ambient photon fields. In addition, we cross-correlated the latest generation radio surveys with a list of Fermi-LAT objects from the literature considered to be candidate misaligned AGN, finding four new radio galaxies with a double-lobed morphology. Additional four objects could be classified as such thanks to previous studies in the literature, for a total of nine new radio galaxies with GeV emission presented in this work. We foresee that further objects of this class might be found in the near future with the advent of the Square Kilometer Array (SKA), populating the GeV sky.

연구 동기 및 목표

• 다중 대역 데이터를 사용하여 IGR J18249–3243을 고에너지 전파은하로 재분류한다.
• 그의 고에너지 방출 기원을 조사하여 제트 방출이 지배적이라는 가정을 도전한다.
• 차세대 전파 조사들을 사용하여 고에너지 방출을 보이는 새로운 전파은하를 특정한다.
• 고에너지 전파은하 집단을 특성화하여 그들이 고에너지 천구에서 수행하는 역할을 이해한다.
• 기울어진 AGN에서 역컴프턴 산란을 통한 빔 방출 기여도를 평가한다.

제안 방법

• 전파에서 감마선 대역까지의 넓은 대역 스펙트럼 에너지 분포(SED) 피팅을 수행한다.
• Fermi-LAT 라이트 커브 및 플럭스 측정치를 사용하여 IGR J18249–3243의 고에너지 방출을 특정한다.
• VLASS, RACS, LoTSS 조사들을 적용하여 전파 구조를 해상하고, 이중 빔 구조로 분류한다.
• 주변 광자장과 상호작용하는 빔 내의 전파 방출 전자에서 발생하는 역컴프턴 방출을 모델링한다.
• Fermi-LAT 4FGL 소스와 전파 조사 데이터를 교차 상관하여 기울어진 AGN 후보를 특정한다.
• 우주론적 파rameters(H₀ = 71 km/s/Mpc, Ω = 0.27, ΩΛ = 0.73)와 스펙트럼 지수 표현 S ∝ ν^α를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Fermi-LAT 소스인 IGR J18249–3243의 진정한 성격은 무엇이며, 왜 고에너지 영역에서 방출하는가?
• RQ2 빔 기반의 역컴프턴 방출이 FR II 전파은하의 관측된 고에너지 플럭스를 설명할 수 있는가?
• RQ3 현대 전파 조사에서 이전에 특정되지 않은 고에너지 전파은하는 얼마나 존재하는가?
• RQ4 INTEGRAL AGN 샘플 내 전파은하 중 몇 퍼센트가 고에너지 방출을 보이며, 무엇이 이를 구분하는가?
• RQ5 VLASS 및 RACS와 같은 새로운 전파 조사들이 과거에 숨겨진 고에너지 전파은하 집단을 얼마나 드러내는가?

주요 결과

• IGR J18249–3243는 새로운 FR II 전파은하로 재분류되었으며, 고에너지 감마선 플럭스는 3.8 ± 0.81 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹, 광자 지수는 2.227 ± 0.122이다.
• 관측된 고에너지 방출은 제트 기여만으로 설명될 수 없으며, 주변 광자장과 상호작용하는 빔 내 전자에서 발생하는 빔 기반의 역컴프턴 산란이 더 나은 피팅을 제공한다.
• VLASS 및 RACS 데이터를 사용하여 이중 빔 구조와 고에너지 방출을 보이는 네 개의 새로운 전파은하를 특정하였다.
• 문헌 검토를 통해 추가로 네 개의 전파은하를 확인하였으며, 총 여덟 개의 새로운 고에너지 전파은하가 특정되었다.
• INTEGRAL AGN 샘플 내 감마선 탐지 비율은 20 ± 5%이며, 샘플 내 전파은하의 45%가 Fermi/LAT에 의해 탐지되었다.
• 더 작은 선형 크기를 지녔음에도 불구하고, 새로운 전파은하는 알려진 소스들과 유사한 고에너지 특성을 보이며, 선호되는 제트 방향성이 있을 가능성을 시사한다.