[논문 리뷰] The γ-ray sky seen at X-ray energies. II. The Swift hunt of Fermi BL Lac objects among unidentified γ-ray sources

E. J. Marchesini, A. Paggi외 4명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 01.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 93인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 페르미 미연결 감마선 소스(UGSs) 중 잠재적 BL Lac 후보를 특정하기 위해 스위프트/XRT의 X선 자료를 사용한다. X선 특성과 다중파장 자료를 활용하여, 50개의 BL Lac 후보를 확인하였으며, 그 중 12개는 전형적인 중간 적외선 또는 라디오 BL Lac 신호를 보이지 않았다. 이는 X선 선별 기법이 UGSs 내에서 숨겨진 BL Lac 물체를 드러내는 강력한 방법임을 보여준다.

ABSTRACT

Context. Nearly 50% of all sources detected by the Fermi Large Area Telescope are classified as blazars or blazar candidates, one of the most elusive classes of active galaxies. Additional blazars can also be hidden within the sample of unidentified or unassociated γ-ray sources (UGSs) that constitute about one-third of all gamma-ray sources detected to date. We recently confirmed that the large majority of Fermi blazars of the BL Lac subclass have an X-ray counterpart. Aims. Using the X-ray properties of a BL Lac training set and combining these with archival multifrequency information, we aim to search for UGSs that could have a BL Lac source within their γ-ray positional uncertainty regions. Methods. We reduced and analyzed the Swift X-ray observations of a selected sample of 327 UGSs. We then compared the X-ray fluxes and hardness ratios of all sources detected in the pointed fields with those of known Fermi BL Lacs. Results. We find at least one X-ray source, lying within the γ-ray positional uncertainty at 95% confidence level, for 223 UGSs and a total of 464 X-ray sources in all fields analyzed. The X-ray properties of a large fraction of them, eventually combined with radio, infrared, and optical information, exhibit BL Lac multi-frequency behavior, thus allowing us to select high-confidence BL Lac candidates; some of them were recently observed during our optical spectroscopic campaign which confirmed their nature. Conclusions. We find that out of 50 X-ray sources that were confirmed as BL Lacs through optical spectroscopy, 12 do not show canonical mid-infrared or radio BL Lac properties. This indicates that the selection of X-ray BL Lac candidates is a strong method to find new counterparts within Fermi UGSs. Finally, we pinpoint a sample of 32 Swift/XRT candidate counterparts to Fermi UGSs that are most likely BL Lac objects.

연구 동기 및 목표

• 페르미 미연결 감마선 소스(UGSs) 중 숨겨진 BL Lac 물체를 특정함으로써, 미해결된 페르미 소스 비율을 설명하고자 한다.
• 기존의 페르미 BL 라크 특성의 X선 특성이 UGSs 내에서 새로운 대응체를 식별하는 신뢰할 수 있는 선별 기준이 될 수 있는지 테스트하고자 한다.
• 선택된 후보 소스의 성격을 확인하기 위해 X선 자료와 암시적 라디오, 적외선, 옵티컬 정보를 통합하고자 한다.
• 다중파장 분석을 통해 고신뢰도 BL Lac 대응체를 식별함으로써, 미연결 감마선 소스의 수를 줄이고자 한다.

제안 방법

• 327개의 페르미 미연결 감마선 소스(UGSs)에 대한 스위프트/XRT 관측 자료를 재처리하고 분석하여, 95% 신뢰도 감마선 위치 불확도 영역 내에서 X선 대응체를 탐지하였다.
• 검출된 X선 소스의 X선 유량 및 딱딱함 비율을 잘 정의된 기존의 페르미 BL 라크 기준 집합과 비교하였다.
• BL 라크 특성과 일치하는 다주파수 행동을 평가하기 위해 라디오, 적외선, 옵티컬 자료를 포함한 다중파장 자료를 통합하였다.
• 선택된 후보자들에 대해 옵티컬 스펙트럼 관측을 수행하여 BL 라크로서의 성격을 확인하였다.
• X선 및 다중파장 특성에 기반하여 통계 기준을 사용하여 고신뢰도 BL 라크 후보로 분류하였다.
• 최종적으로, BL 라크 물체일 가능성이 가장 높은 32개의 고우선순위 스위프트/XRT 후보를 식별하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 미연결 페르미 감마선 소스 중에서 X선 특성만으로 BL 라크 후보를 식별할 수 있는가?
• RQ2 미연결 페르미 소스 중에서 위치 불확도 영역 내에 X선 방출 BL 라크 물체가 존재하는 경우는 얼마나 되는가?
• RQ3 확인된 BL 라크 후보 중에서 전형적인 중간 적외선 또는 라디오 BL 라크 특징을 보이지 않는 경우가 있는가? 이는 기존의 선별 기준에 도전하는가?
• RQ4 라디오, 적외선, 옵티컬을 포함한 다중파장 자료는 X선 자료만으로의 BL 라크 후보 선별 신뢰도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 X선 기반 식별을 통해 몇 퍼센트의 페르미 UGSs가 BL 라크 물체로 설명될 수 있는가?

주요 결과

• 327개의 미연결 페르미 소스 중 223개의 경우, 95% 신뢰도 감마선 위치 불확도 영역 내에 최소한 하나의 X선 소스가 발견되었다.
• 분석한 모든 스위프트/XRT 영역에서 총 464개의 X선 소스가 탐지되었으며, 많은 소스가 BL 라크와 일치하는 X선 특성을 보였다.
• 옵티컬 스펙트럼 측정을 통해 50개의 X선 소스가 BL 라크로 확인되었으며, 그 중 12개는 전형적인 중간 적외선 또는 라디오 BL 라크 특징을 보이지 않았다.
• 이 연구는 X선 선별 기법이 다른 방법으로 식별되지 않는 소스까지 포함하여, 페르미 UGSs 내 BL 라크 대응체를 식별하는 데 강력한 방법임을 확인하였다.
• 페르미 UGSs에 대한 고신뢰도 스위프트/XRT 후보 대응체 32개의 샘플이 식별되었으며, 이는 대부분 BL 라크 물체일 가능성이 높다.
• 다중파장 자료의 통합은 X선 특성만으로의 후보 선별에 비해 신뢰도를 크게 향상시켰다.