[논문 리뷰] Optical-IUE observations of the gamma-ray loud BL Lacertae object S5 0716+714: data and interpretation

G. Ghisellini, M. Villata외 15명|arXiv (Cornell University)|1997. 06. 25.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 30

한 줄 요약

이 연구는 1995년 2월에 감마선 강한 BL Lac 객체 S5 0716+714의 동시에 촬영된 광학 및 IUE 자외선 관측을 보고하며, 이는 EGRET에 의한 관측과도 일치한다. 데이터는 고광도 상태에서 더 평탄한 스펙트럼을 보이는 빠른 광학 플레어를 보여주며, 이는 동기복사 자기-컴프턴(SSF) 모델을 지지한다. 그러나 광학 감소 기간 동안 감마선 방출과의 상관관계가 없었기 때문에 단순한 SSF 모델에 도전하며, 이는 복잡한 방출 영역 또는 외부 종자 광자들을 시사한다.

ABSTRACT

We monitored the BL Lac object S5 0716+714 in the optical band during the period November 1994-April 1995, which includes the time of a gamma-ray observation by the Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) on February 14--28, 1995. The light curves in the R and B bands show fast fluctuations superimposed on longer timescale variations. The color index correlates with intensity during the rapid flares (the spectrum is flatter when the flux is higher), but it is rather insensitive to the long term trends. Over the 5 month observational period the light curve shows an overall brightening of about 1 mag followed by a fast decline. The EGRET pointing covers part of the very bright phase (V about 13.2) and the initial decline. An ultraviolet spectrum was also obtained with the International Ultraviolet Explorer (IUE) (1200-3000 A) during the EGRET observations. The variability of the optical emission of S5 0716+714 by itself sets important constraints on the magnetic field strength and on the physical processes responsible for it. Interpreting the whole electromagnetic spectrum with synchrotron self Compton models leads to the prediction of a bright gamma-ray state during the EGRET pointing. We discuss how the gamma-ray data could be used as a diagnostic of the proposed models.

연구 동기 및 목표

• BL Lac 객체 S5 0716+714에서 광학 및 감마선 변동성 간의 관계를 조사하기 위해.
• 광학에서 자외선까지의 다중 파장 데이터를 사용하여 동기복사 자기-컴프턴(SSC) 모델을 검증하기 위해.
• 관측된 광학 플레어와 스펙트럼 경화가 SSC 이론가 예측한 바와 같이 감마선 방출과 상관관계를 가지는지 확인하기 위해.
• 역컴프턴 방출에서 내부 대비 외부 종자 광자들의 역할을 스펙트럼 및 변동성 행동을 분석하여 평가하기 위해.

제안 방법

• 1994년 11월부터 1995년 4월까지 B 및 R 대역에서 광학 모니터링을 실시하여 급속 플레어와 장기 추세를 캡처하였다.
• 1995년 2월 14일부터 28일까지 EGRET 관측 창구 동안 IUE 자외선 스펙트럼(1200–3000 Å)을 확보하였다.
• 플레어 기간 동안 스펙트럼 지수의 변화를 추적하여 에너지 주입 및 냉각 timescale을 평가하였다.
• 관측된 광학 빛의 세기 기반으로 감마선 세기 예측을 위해 일점형 균일 SSC 모델을 적용하였다.
• 자기장 및 입자 밀도의 반경 방향 의존성을 고려한 비균일 제트 모델을 사용하여 플레어 대칭성 해석 및 자기장 강도 제약을 설정하였다.
• 밴드 간 시간 지연 및 스펙트럼 변화를 모델링하여 방출 영역의 공간적·시간적 일관성을 테스트하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SSC 모델이 예측한 바와 같이, 광학 플레어 기간 동안 관측된 스펙트럼 경화가 감마선 방출 증가와 상관관계를 가지는가?
• RQ2 대칭적이고 짧은 시간 스케일의 광학 플레어는 방출 영역의 자기장 강도에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ3 광학 감소 기간 동안 감마선 변동성과의 상관관계 부재는 단일 영역 SSC 모델과 일치하는가?
• RQ4 관측된 광학 및 자외선 변동성은 내부 입자 주입 및 냉각으로 설명될 수 있는가, 아니면 외부 종자 광자가 필요한가?
• RQ5 관측된 플레어 형태와 플레이트오우 없음은 빠른 냉각을 특징으로 하는 국소적·고밀도 방출 영역을 지지하는가?

주요 결과

• 광학 light curve는 5개월 동안 1-mag 밝아짐을 보였고, 이후 급격한 감소가 있었으며, 장기 추세 위에 빠른 플레어가 겹쳐져 있었다.
• 빠른 플레어 기간 동안 스펙트럼 지수는 경화되어(더 평탄한 스펙트럼) 고에너지 전자의 증가 또는 냉각 timescale 변화를 나타내었다.
• 대칭적이고 플레이트오우 없는 플레어는 자기장 강도에 대해 약 100 G의 하한선을 제시하며, 이는 SSF 모델과 일치한다.
• EGRET 관측 기간 동안 소스는 V ≈ 13.2에 도달하여 높은 감마선 상태를 예측했지만, EGRET 데이터에서는 그러한 증가가 관측되지 않았다.
• 광학 감소 기간 동안 감마선 변동성과의 상관관계 부재는 단순한 일점형 SSC 모델에 도전하며, 이는 다수의 방출 영역 또는 외부 종자 광자를 시사한다.
• 자료는 작은 내부 영역이 고에너지 동기복사 및 역컴프턴 방출을 담당하고, 더 큰 영역이 더 긴 파장에서 지배적임을 지지하는 비균일 제트 모델을 지지한다.