[논문 리뷰] Optical Spectrophotometric Monitoring of Fermi/LAT Bright Sources

V. Patiño-Álvarez, V. Chavushyan외 5명|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 08.

Nuclear Physics and Applications인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 멕시코의 OAGH에서 2.1m 천체망원경을 사용해 11개의 Fermi/LAT 브라이트 블라자르(주로 평탄한 스펙트럼의 은하계 라디오 퀘이사 및 하나의 너비가 좁은 선을 가진 세이퍼트 1은하)에 대해 진행 중인 광학 스펙트로포토메트릭 모니터링 캠프레인을 제시한다. 관측은 약 5일 간격으로 실시되며, 넓은 발광선(예: Hβ, Mg II λ2800)과 연속 스펙트럼 빛의 변화를 추적하여 제트 활동과 넓은 발광선 영역의 역학 간의 관계를 탐구한다. Mg II와 자외선 연속 스펙트럼에서의 상관 관계가 있는 폭발은 상대론적 제트 성분과 BLR 반응 간의 연결 고리를 뒷받침한다.

ABSTRACT

We describe an ongoing optical spectrophotometric monitoring program of a sample of Fermi/LAT bright sources showing prominent and variable γ-ray emission, with the 2.1m telescope at Observatorio Astrofísico Guillermo Haro (OAGH) located in Cananea, Sonora, México. Our sample contains 11 flat spectrum radio quasars (FSRQ) and 1 Narrow Line Seyfert 1 (NLSy1) galaxy. Our spectroscopic campaign will allow us to study the spectroscopic properties (FWHM, EW, flux) of broad-emission lines in the optical (e.g. Hβ) and mid-UV (e.g. Mg II λ2800) regimes, depending on the redshift of the source. The cadence of the broad emission lines monitoring is about five nights per month which in turn will permit us to explore whether there is a correlated variability between broad emission line features and high levels of γ-ray emission.

연구 동기 및 목표

• Fermi/LAT 브라이트 블라자르에서 넓은 발광선(예: Hβ, Mg II λ2800)의 스펙트럼 변화를 조사하여 넓은 발광선 영역(BLR)의 구조와 역학을 탐구한다.
• 넓은 발광선의 변화가 고에너지 감마선 활동과 상관이 있는지 확인하여 블라자르에서 감마선 생성의 위치와 메커니즘을 밝힌다.
• 고주기적인 광학/자외선 스펙트럼 데이터를 제공하여 다파장 캠페인을 보완하고, 감마선 블라자르의 내부 영역의 기하학적 및 물리적 특성을 맵핑한다.
• 상대론적 속도로 움직이는 제트 성분이 BLR에 반응을 유도한다는 가설을 검증한다. 이는 이전 3C 454.3에서 관측된 폭발과 일치한다.

제안 방법

• OAGH의 2.12m 천체망원경을 사용하여 Boller & Chivens 스펙트로그래프와 1024×1024 SITe CCD 검출기를 활용한 광학 스펙트로포토메트릭 관측을 수행한다.
• 약 5일 간격의 주기로 관측을 실시하여 Fermi/LAT 감마선 빛의 변화 곡선와 시간적 상관관계를 확보한다.
• 데이터 감소는 IRAF 패키지를 사용하며, 파장 캘리브레이션은 He-Ar 비교 램프를, 빛의 강도 캘리브레이션은 매일 관측한 표준 항성으로 수행한다.
• Fe II 발광의 영향을 제거하기 위해 기존의 감소 기법(Torrealba 등, 2012)을 적용하여, 특히 Mg II 복합체와 같이 겹쳐진 영역에서 중요한 영향을 미친다.
• 대부분의 관측에서 스펙트럼 해상도는 약 15 Å FWHM로, 넓은 발광선 프로파일과 빛의 강도 변화를 감지하는 데에 충분하다.
• 이 캠페인은 스티어드 관측소의 모니터링 캠페인과 상호보완적이며, 감마선(Fermi/LAT), 광학(V-대역), 적외선(OAGH, SMARTS), 향후 X선 관측 데이터를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Fermi/LAT 브라이트 블라자르에서 넓은 발광선 강도(예: Hβ, Mg II λ2800)의 변화와 고에너지 감마선 방출 간에 시간적 상관관계가 존재하는가?
• RQ2 폭발 기간 동안 넓은 발광선의 형태 변화는 BLR 조건의 물리적 변화를 나타내는가?
• RQ3 관측된 발광선 변화가 3C 454.3에서 관측된 초광속 제트 성분의 통과와 관련이 있는가?
• RQ4 연속 스펙트럼 폭발에 대한 BLR 반응은 라디오 코어 근처에 BLR 클라우드가 존재함을 뒷받침하는가?
• RQ5 BLR는 감마선 생성 메커니즘에서 어떤 역할을 하는가? 특히, 역산화 복사의 씨앗 광자원으로서의 기능을 하는가?

주요 결과

• 2011년 1월에서 4월 사이에 3C 273에서 스펙트럼 변화가 관측되었으며, 연속 스펙트럼과 발광선 강도의 명백한 변화는 넓은 발광선 영역의 동적 변화를 시사한다.
• 3C 454.3에서 Mg II λ2800 발광선의 폭발은 초광속 제트 성분이 라디오 코어를 통과할 무렵과 동시에 발생했으며, 비열전도성 광학 연속 스펙트럼의 폭발과도 일치하여 제트 활동과 BLR 반응 간의 직접적인 연결 고리를 시사한다.
• 이 캠페인은 표 1에 나열된 12개 천체에 대해 2011년 이래로 관측을 계속해 왔으며, 빛 강도 캘리브레이션된 스펙트럼 데이터를 다량 확보하였다.
• 스펙트럼 해상도(~15 Å FWHM)는 넓은 발광선 프로파일을 해상하고 시간에 따른 강도 및 프로파일 변화를 감지하는 데에 충분하다.
• Fe II 발광 감소 기법이 성공적으로 적용되어, 특히 Mg II 영역에서의 선 강도 측정 정확도가 향상되었다.
• 이 캠페인의 5일 주기 관측 주기는 가장 빛나는 Fermi/LAT 블라자르의 변화 시간 스케일과 일치하여, 다파장 상관 분석 연구에 있어 강력한 기반을 제공한다.