[논문 리뷰] The intra-day Optical Monitoring of BL Lacerate Object 1ES 1218+304 at Its Highest X-ray Flux Level

S. S. Sun, Hua-Li Li외 4명|arXiv (Cornell University)|2021. 04. 02.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 49인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 VERITAS와 Swift에 의해 기록된 역사상 최고 수준의 X선 복사 상태에서 고주파수 피크를 가진 BL Lac 천체 1ES 1218+304의 일일 단위 광학 모니터링을 수행한다. 8개 밤 동안 Xinglong 관측소의 GWAC-F60A 망원경을 이용해 B- 및 R-대역 광도 측정을 수행하여, 7개 밤 동안 유의미한 일일 변동성을 확인하고, 5개 밤 동안 빛날수록 더 파란색으로 변하는 색채 경향을 발견하였으며, 잠재적인 준주기 진동을 규명하였다. 시간 지연 분석 결과 양의 지연과 음의 지연가 모두 관측되었으며, 블랙홀 질량 추정치는 2.8 × 10⁸ M⊙로 도출되었지만, 이는 변동성이 은하핵 순환원이 아닌 제트에서 기인할 경우 유효하지 않다.

ABSTRACT

We here report a monitor of the BL Lac object 1ES 1218+304 in both B- and R-bands by the GWAC-F60A telescope in eight nights, when it was triggerd to be at its highest X-ray flux in history by the VERITAS Observatory and Swift follow-ups. Both ANOVA and $\chi^2$-test enable us to clearly reveal an intra-day variability in optical wavelengths in seven out of the eight nights. A bluer-when-brighter chromatic relationship has been clearly identified in five out of the eight nights, which can be well explained by the shock-in-jet model. In addtion, a quasi-periodic oscilation phenomenon in both bands could be tentatively identified in the first night. A positive delay between the two bands has been revealed in three out of the eight nights, and a negative one in the other nights. The identfied minimum time delay enables us to estimate the $M_{\mathrm{BH}}=2.8 imes10^7 m M_{\odot}$that is invalid.

연구 동기 및 목표

• 1ES 1218+304의 역사상 최고 수준의 X선 복사 상태 동안의 광학 변동성 이해.
• 극도의 활동 상태에서의 광학 대역에서의 색채 행동(빛날수록 더 파란색 또는 빨간색) 연구.
• 제트 역학을 탐색하기 위해 B- 및 R-대역 광도 곡선 간의 준주기 진동과 시간 지연 탐색.
• 제트 기반 복사 모델의 맥락에서 가장 짧은 변동 시간 스케일에서 유도된 블랙홀 질량 추정치의 유효성 평가.

제안 방법

• 2019년 1월 7일부터 14일까지 Xinglong 관측소의 60cm GWAC-F60A 망원경을 사용해 다중 대역 광학 광도 측정 수행.
• 표준 항성 관측을 이용해 B- 및 R-대역 광도 감쇄 및 보정 수행.
• 일일 변동성(IDV) 탐지에 ANOVA 및 χ²-검정 적용.
• B 및 R 대역 간의 상관관계 및 시간 지연 계산을 위해 z-변환 이산 상관 함수(ZDCF) 적용.
• ZDCF에서 유도된 최소 시간 지연을 사용해 공식 ∆t_obs = 10G(1+z)/c³ × M_BH를 통해 블랙홀 질량 추정.
• 변동성이 제트에서 발생하는지 여부를 고려해 질량 추정치의 물리적 타당성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 1ES 1218+304의 최고 X선 복사 상태 동안 일일 광학 변동성의 수준과 성격은 어떠한가?
• RQ2 빛의 강도 변화에 따라 B-R 색색지수의 변화는 어떻게 진행되며, 이는 복사 메커니즘에 어떤 함의를 갖는가?
• RQ3 급격한 활동 상태 동안 광도 곡선에서 준주기 진동의 흔적이 있는가?
• RQ4 B- 및 R-대역 광도 곡선 간의 시간 지연은 무엇이며, 이는 복사 영역 기하학에 어떤 정보를 제공하는가?
• RQ5 관측된 가장 짧은 변동 시간 스케일을 사용해 초거대 블랙홀 질량을 신뢰성 있게 추정할 수 있으며, 이 추정치는 물리적으로 타당한가?

주요 결과

• ANOVA 및 χ²-검정을 통해 8개 밤 중 7개 밤에서 일일 변동성이 명확히 확인됨.
• 8개 밤 중 5개 밤에서 빛날수록 더 파란색으로 변하는 색채 경향이 발견되어, 충격-제트 모델과 일치함.
• 첫 번째 밤에 B 및 R 대역 모두에서 잠재적인 준주기 진동(QPOs)이 관측됨.
• 3개 밤 동안 B 및 R 대역 간에 양의 시간 지연가 관측되었고, 나머지 3개 밤에는 음의 지연가 관측됨.
• 관측된 최소 시간 지연는 약 1.5분이며, 최대 지연는 10분을 초과함.
• 가장 짧은 변동 시간 스케일에서 도출된 블랙홀 질량은 2.8 × 10⁸ M⊙이지만, 이 추정치는 변동성이 은하핵 순환원이 아닌 제트에서 기인할 경우 유효하지 않음.