[논문 리뷰] The Cosmic Evolution of Fermi BL Lacertae Objects

M. Ajello, D. Gasparrini외 15명|2013. 09. 30.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 27

한 줄 요약

이 연구는 페르미 탐지 BL 블라크 개체(211개 소스, 206개는 적색편이가 있음)의 가장 크고 가장 완전한 샘플을 제시하며, 등급 함수 모델링을 통해 간행물 진화 패턴을 규명한다. 대부분의 BL 블라크 클래스에서 z ≈ 1.2에서 최고조에 도달하는 양의 진화를 발견하였고, 고주파수 동기복사 피크를 가진(HSP) BL 블라크는 z ≲ 0.5에서 최고조에 도달하는 강한 음의 진화를 보이며, 이는 융합 유도 진화의 질량 공급 부족 상태에 해당할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

Fermi has provided the largest sample of gamma-ray selected blazars to date. In this work we use a uniformly selected set of 211 BL Lacertae (BL Lac) objects detected by it Fermi during its first year of operation. We have obtained redshift constraints for 206 out of the 211 BL Lacs in our sample making it the largest and most complete sample of BL Lacs available in the literature. We use this sample to determine the luminosity function of BL Lacs and its evolution with cosmic time. We find that for most BL Lac classes, the evolution is positive with a space density peaking at modest redshift (z~1.2). The low-luminosity, high-synchrotron peaked (HSP) BL Lacs are an exception, showing strong negative evolution, with number density increasing for z$\lesssim$0.5. Since this rise corresponds to a drop-off in the density of flat-spectrum radio quasars (FSRQs), a possible interpretation is that these HSPs represent an accretion-starved end-state of an earlier merger-driven gas-rich phase. We additionally find that the known BL Lac correlation between luminosity and photon spectral index persists after correction for the substantial observational selection effects with implications for the so called `blazar sequence'. Finally, estimating the beaming corrections to the luminosity function, we find that BL Lacs have an average Lorentz factor of $γ=6.1^{+1.1}_{-0.8}$, and that most are seen within 10$^{\circ}$ of the jet axis.

연구 동기 및 목표

• 균일하게 선별된 샘플을 사용하여 페르미 탐지 BL 블라크 개체의 간행물 진화를 규명하는 것.
• BL 블라크의 등급 함수(LF)와 그 간행물 시간에 따른 진화를 측정하는 것.
• BL 블라크 진화와 평탄한 스펙트럼 전파자기원(_FSQs_)의 진화 간의 관계를 조사하는 것.
• 관측 선택 효과가 등급-스펙트럼 인덱스 상관관계('블라자 시퀀스')에 미치는 영향을 평가하는 것.
• 비추상 보정을 추정하고 조준각 및 러닝 요인과 같은 제트 특성을 유추하는 것.

제안 방법

• 페르미 운영 첫 해 동안 탐지된 211개의 페르미-감지 BL 블라크 개체에서 얻은 균일한 샘플을 사용하였다.
• 206개 소스에 대해 적색편이 제약을 확보하여 강력한 등급 함수 모델링이 가능하도록 하였다.
• 순수 등급 진화(PLE) 및 등급 의존 밀도 진화(LDDE) 모델을 LF에 적용하였다.
• 모델 매개변수의 불확실성과 신뢰구간을 추정하기 위해 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다.
• 모의 소스 분포와 통신 한계를 사용하여 관측 선택 효과를 보정하였다.
• 등방성 등급과 유도된 제트 러닝 요인을 비교하여 비추상 보정을 추정하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 동기복사 피크 주파수 범주에 따라 BL 블라크의 공간 밀도는 간행물 시간에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ2 BL 블라크의 등급 함수는 어떤 성격을 가지며, 등급과 밀도에 따라 어떻게 진화하는가?
• RQ3 왜 고주파수 동기복사 피크(HSP) BL 블라크는 음의 진화를 보이며, 이는 FSRQ의 진화와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 관측 선택 효과가 등급과 광자 스펙트럼 인덱스 간의 관측 상관관계에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ5 등급 함수에 대한 비추상 보정을 바탕으로 추정된 제트 특성(예: 러닝 요인, 조준각)은 무엇인가?

주요 결과

• 대부분의 BL 블라크 클래스에서 양의 간행물 진화를 보이며, 공간 밀도가 적색편이 z ≈ 1.2에서 최고조에 도달한다.
• 고주파수 동기복사 피크(HSP) BL 블라크는 강한 음의 진화를 보이며, z ≲ 0.5에서 밀도가 증가함으로써 고적색편이 BL 블라크와는 다를 수 있는 인구임을 시사한다.
• 선택 효과를 보정한 후에도 등급과 광자 스펙트럼 인덱스 간의 관측 상관관계가 유지되며, 이는 '블라자 시퀀스' 존재를 지지한다.
• 등급 함수는 평균적으로 러닝 요인 γ = 6.1⁺¹.¹₋₀.⁸를 암시하며, 이는 대부분의 BL 블라크가 제트 축으로부터 10° 이내에서 관측된다는 것을 시사한다.
• 고적색편이에서 HSP BL 블라크 밀도 감소는 FSRQ 밀도 증가와 관련이 있으며, 이는 HSP가 융합 유도 진화 단계의 질량 공급 부족 종착 상태일 수 있음을 시사한다.
• LDDE 모델이 데이터에 가장 잘 맞으며, 최적의 모수는 HSP의 공간 밀도 전환점이 z ≈ 1.4–1.6에서 발생하고, 다른 클래스는 더 낮은 적색편이에서 발생함을 나타낸다.