[논문 리뷰] WEBT and XMM-Newton observations of 3C 454.3 during the post-outburst phase. Detection of the little and big blue bumps

C. M. Raiteri, M. Villata외 4명|arXiv (Cornell University)|2007. 08. 21.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 43인용 수 71

한 줄 요약

이 연구는 2005년 광학 및 X선 폭발 이후의 후기 폭발 상태인 블라자르 3C 454.3의 다파장 관측을 제시한다. 광학 대역에서 넓은 발열선이 포함된 브로드 라인 영역으로 인한 '작은 파랑 뾰루'와 XMM-Newton의 광학 모니터에서 얻은 우주선 데이터에서의 '큰 파랑 뾰루'를 관측하여, 순환원반의 열복사가 있음을 시사한다. X선 스펙트럼은 갈락티크 값 이상의 추가 투과도가 필요하며, 변동성 또는 본질적인 스펙트럼 곡률이 가능하다.

ABSTRACT

The blazar 3C 454.3 underwent an unprecedented optical outburst in spring 2005. This was first followed by a mm and then by a cm radio outburst, which peaked in February 2006. We report on follow-up observations by the WEBT to study the multiwavelength emission in the post-outburst phase. XMM-Newton observations on July and December 2006 added information on the X-ray and UV fluxes. The source was in a faint state. The radio flux at the higher frequencies showed a fast decreasing trend, which represents the tail of the big radio outburst. It was followed by a quiescent state, common at all radio frequencies. In contrast, moderate activity characterized the NIR and optical light curves, with a progressive increase of the variability amplitude with increasing wavelength. We ascribe this redder-when-brighter behaviour to the presence of a "little blue bump" due to line emission from the broad line region, which is clearly visible in the source SED during faint states. Moreover, the data from the XMM-Newton OM reveal a rise of the SED in the UV, suggesting the existence of a "big blue bump" due to thermal emission from the accretion disc. The X-ray spectra are well fitted with a power-law model with photoelectric absorption, possibly larger than the Galactic one. However, the comparison with previous X-ray observations would imply that the amount of absorbing matter is variable. Alternatively, the intrinsic X-ray spectrum presents a curvature, which may depend on the X-ray brightness. In this case, two scenarios are possible.

연구 동기 및 목표

• 2005년 광학 및 X선 폭발 이후의 후기 폭발 단계에서 3C 454.3의 다파장 복사 특성을 연구하기 위해.
• 폭발 기간 동안 가려졌던, 특히 '작은 파랑 뾰루'와 '큰 파랑 뾰루'의 특성에 대해 연구하기 위해.
• X선 스펙트럼 특성 분석을 통해 관측된 투과도가 변동성인지 또는 본질적인 스펙트럼 곡률 때문인지 판단하기 위해.
• 특히 이른 광학 폭발과 연기된 라디오 폭발 간의 관계를 고려하여, 라디오, 광학, X선 변동성 간의 연관성을 이해하기 위해.

제안 방법

• 2006년 9월부터 2007년 4월까지 전체 지구 블라자르 천체망(Whole Earth Blazar Telescope, WEBT)을 이용해 라디오, 근적외선, 광학 모니터링을 수행하였다.
• 2006년 7월과 12월에 XMM-Newton 관측을 두 차례 수행하였으며, 광학 모니터를 통해 X선 및 자외선 데이터를 확보하였다.
• 다양한 시점에서 광대역 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)를 구성하여 스펙트럼 특징을 분석하였다.
• X선 스펙트럼을 광학적 힘의 법칙 모델과 함께 광전 투과도를 포함하거나 포함하지 않은 경우로 맞추어, 갈락티크 및 추가 투과도 성분을 비교하였다.
• 통계적 검정을 통해 X선 데이터에서 추가 투과도와 스펙트럼 곡률의 유의미성을 평가하였다.
• 파장에 따른 변동성 진폭 추세를 분석하여, 브로드 라인 영역 및 순환원반과 같은 비제트 성분 기여도를 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 광학 및 근적외선 대역에서 긴 파장으로 갈수록 변동성 진폭이 증가하는 이유는 무엇인가? 이는 후기 폭발 상태에서 관측된 현상이다.
• RQ2 광학 SED에서의 '작은 파랑 뾰루'는 브로드 라인 영역에서 오는 발열선 때문인가? 그리고 이는 희미 상태에서만 관측 가능한가?
• RQ3 자외선 SED 특징(자외선 대역에서의 스펙트럼 끊김)은 순환원반의 열복사, 즉 '큰 파랑 뾰루'를 나타내는가?
• RQ4 관측된 X선 투과도는 변동성이 있는가, 아니면 부드러운 X선 스펙트럼의 본질적인 곡률 때문인가?
• RQ5 XMM-Newton X선 데이터는 변동하는 추가 투과도로 설명하는 것이 더 나은가, 아니면 큰 파랑 뾰루의 고주파 꼬리로 인한 내재 스펙트럼의 부드러움 때문인가?

주요 결과

• 2006년 중순부터 2007년 4월까지 소스는 희미한 상태에 있었으며, 근적외선 및 광학 대역에서 중간 정도의 변동성을 보였고, 2006년 2월 정점 이후 고주파 라디오 플럭스가 급격히 감소하였다.
• '작은 파랑 뾰루'는 광학 SED에서 명확하게 관측되었으며, V 및 B 대역 근처에서 피크를 보였고, 브로드 라인 영역의 Fe ii 및 Mg ii 발열선과 발열 연속기여로 기인한 것으로 추정되었다.
• J 대역에서 관측된 두 번째, 보다 작은 피크는 Hα 선 발열과 관련된 것으로 보인다.
• XMM-Newton의 광학 모니터는 U 대역에서의 스펙트럼 끊김을 드러내어, 순환원반의 열복사로 인한 '큰 파랑 뾰루'가 있을 가능성이 있음을 시사한다.
• X선 스펙트럼은 갈락티크 값 이상의 추가 투과도가 필요하였으며, 7월에는 약 20%, 12월에는 약 40%로 추정되어 변동성 또는 환경적 투과도를 시사한다.
• 데이터는 갈락티크 투과도를 포함한 곡률이 있는 내재 X선 스펙트럼을 지지하지 않으며, 오히려 희미한 X선 상태에서의 부드러움은 큰 파랑 뾰루의 고주파 꼬리에 의한 복사 기여로 인해 발생할 수 있으며, 이는 일정한 추가 투과도와 함께 스펙트럼의 부드러움을 암시한다.