[논문 리뷰] Multi-frequency monitoring of gamma-ray loud blazars: I. Light curves and spectral energy distributions

U. Bach, C. M. Raiteri외 24명|ArXiv.org|2006. 12. 06.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 18개월에 걸친 공동 관측 기반으로 35개의 감마선 강한 블라자르에 대한 다주파수 라디오-광학 광도곡선 및 스펙트럼 에너지 분포(SpE)를 제시한다. 모든 대역에서 뚜렷한 변동성을 확인했으며, 3C 454.3와 같은 소스에서는 고주파수에서 저주파수로 향하는 플레어 전파가 관측되어 제트 방출 모델에 대한 중요한 제약 조건을 제공하고, GLAST 및 AGILE와 같은 고에너지 임무를 지지한다.

ABSTRACT

Context: Being dominated by non-thermal emission from aligned relativistic jets, blazars allow us to elucidate the physics of extragalactic jets, and, ltimately, how the energy is extracted from the central black hole in radio-loud active galactic nuclei. Aims: Crucial information is provided by broad-band spectral energy distributions (SEDs), their trends with luminosity and correlated multi-frequency variability. With this study we plan to obtain a database of contemporaneous radio-to-optical spectra of a sample of blazars, which are and will be observed by current and future high-energy satellites. Methods: Since December 2004 we are performing a monthly multi-frequency radio monitoring of a sample of 35 blazars at the antennas in Medicina and Noto. Contemporaneous near-IR and optical observations for all our observing epochs are organised. Results: Until June 2006 about 4000 radio measurements and 5500 near-IR and optical measurements were obtained. Most of the sources show significant variability in all observing bands. Here we present the multi-frequency data acquired during the first eighteen months of the project, and construct the SEDs for the best-sampled sources.

연구 동기 및 목표

• 감마선 강한 블라자르에 대한 라디오-광학 SED의 동시 데이터베이스를 구축하여 고에너지 위성 관측을 지원한다.
• 다주파수 변동성 간의 상관관계와 상대론적 제트에서 플레어를 일으키는 물리적 메커니즘을 조사한다.
• 다른 주파수에서의 광도 변화 간의 시간 지연을 결정하여 제트 동역학과 방출 영역 크기를 제약 조건화한다.
• 플레어 기간 동안 스펙트럼 형상의 변화를 분석하여 전자 에너지 분포와 방출 과정을 추론한다.
• 충격-제트 및 라이트하우스 효과와 같은 블라자르 변동성 모델을 시험하기 위한 장기적이고 다파장 데이터를 제공한다.

제안 방법

• INAF의 Medicina 및 Noto 라디오 천체망원경을 사용하여 매월 5, 8, 22 GHz에서 라디오 모니터링을 실시한다.
• 모든 관측 에포크 동안 35개의 블라자르 샘플 전역에서 근적외선 및 광학 필터링을 동기화하여 실시한다.
• 시간 지연 편향을 피하기 위해 동일한 관측 에포크 데이터를 사용하여 동시 SED를 구축한다.
• 주파수 간 광도 변동 경향 분석을 통해 시간 지연 및 상관 행동을 식별한다.
• AGILE 및 GLAST와 같은 임무의 X선 및 테바론 관측과의 교차 식별을 위한 암시적 자료 및 자료를 활용한다.
• 표준 SED 피팅 기법을 적용하여 동기 방출 및 역-컴프턴 성분과 그 진화를 추론한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블라자르에서 라디오, 근적외선, 광학 대역 간의 광도 변화는 어떻게 상관되며, 관측된 시간 지연은 무엇인가?
• RQ2 3C 454.3와 같은 주요 플레어 기간 동안 SED의 스펙트럼 진화는 어떻게 되며, 전자 에너지 분포에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 플레어가 고주파수에서 저주파수로 전파되는 정도는 어느 정도이며, 이는 방출 영역 크기와 제트 동역학에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 표본 전역에서 무색상 및 색상 변화 변동성 행동는 어떻게 다름을 보이며, 이는 방출 메커니즘에 대해 어떤 시사점을 갖는가?
• RQ5 관측된 다주파수 광도곡선은 충격-제트 또는 라이트하우스 모델의 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 18개월 동안 총 4,000건 이상의 라디오 측정값과 5,500건 이상의 근적외선/광학 측정값을 확보하여 고주기 동시 데이터 세트를 확보하였다.
• 3C 454.3(2251+158)는 R = 12.0(M_B ≈ -31.4)의 기록적인 광학 폭발을 겪었으며, 지금까지 관측된 바에서 가장 높은 빛의 강도를 가진 퀘이사 상태였다.
• 3C 454.3에서 플레어는 22 GHz 라디오에서 저주파수로 전파되었으며, 광학 피크가 라디오 피크보다 앞서 나타났다.
• 1226+023(3C 273)에서는 22 GHz 라디오 플레어가 8 및 5 GHz 플레어보다 앞서 나타나, 충격 전파 모델과 일치하는 시간 지연을 보였다.
• BL Lac(2200+420)은 무색상 및 색상 변화 변동성을 모두 보였으며, 초기 22 GHz 플레어 약 250일 후에 두 번째 플레어가 모든 주파수에서 동시에 나타났다.
• 대부분의 소스는 월간 시간 스케일에서 뚜렷한 변동성을 보였으며, 다양한 방출 메커니즘을 시사하는 복잡한 변동 패tern을 나타냈다.