[논문 리뷰] WEBT multiwavelength monitoring and XMM-Newton observations of BL Lacertae in 2007-2008. Unveiling different emission components

C. M. Raiteri, M. Villata외 9명|arXiv (Cornell University)|2009. 09. 09.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 59인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 2007–2008년 동안 블랙 라크테레의 다파장 관측을 제시하며, 37개의 광학-라디오 천체망원경과 세 차례의 XMM-Newton X선 관측을 통합한다. 이는 두 성분의 동기복사 및 역입자-컴프턴 복사 모델에 더하여 열적 디스크 복사 모델을 제안하여 자외선 과잉과 변동성이 큰 X선 스펙트럼을 설명한다. 디스크 온도는 20,000 K 이상, 빛의 세기는 6×10⁴⁴ erg s⁻¹ 이상으로 나타나, 상당한 질량 축적 활동을 시사한다.

ABSTRACT

In 2007-2008 we carried out a new multiwavelength campaign of the Whole Earth Blazar Telescope (WEBT) on BL Lacertae, involving three pointings by the XMM-Newton satellite, to study its emission properties. The source was monitored in the optical-to-radio bands by 37 telescopes. The brightness level was relatively low. Some episodes of very fast variability were detected in the optical bands. The X-ray spectra are well fitted by a power law with photon index of about 2 and photoelectric absorption exceeding the Galactic value. However, when taking into account the presence of a molecular cloud on the line of sight, the data are best fitted by a double power law, implying a concave X-ray spectrum. The spectral energy distributions (SEDs) built with simultaneous radio-to-X-ray data at the epochs of the XMM-Newton observations suggest that the peak of the synchrotron emission lies in the near-IR band, and show a prominent UV excess, besides a slight soft-X-ray excess. A comparison with the SEDs corresponding to previous observations with X-ray satellites shows that the X-ray spectrum is extremely variable. We ascribe the UV excess to thermal emission from the accretion disc, and the other broad-band spectral features to the presence of two synchrotron components, with their related SSC emission. We fit the thermal emission with a black body law and the non-thermal components by means of a helical jet model. The fit indicates a disc temperature greater than 20000 K and a luminosity greater than 6 x 10^44 erg/s.

연구 동기 및 목표

• 표준 동기복사-자기복합(스스) 모델을 초월하여 BL 라크테레의 복잡한 밴드폭 복사 성분을 분리하는 것.
• XMM-Newton 데이터에서 관측된 자외선 과잉과 연한 X선 과잉의 기원을 조사하는 것.
• 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 설명하기 위해 다중 비열성 성분 또는 추가 복사 메커니즘이 필요한지 여부를 규명하는 것.
• 동시 라디오에서 X선에 이르는 데이터를 이용하여 질량 축적 디스크 특성과 블랙홀 질량을 제약 조건을 설정하는 것.
• 나선형 제트 모델이 관측된 변동성과 스펙트럼 특징을 설명하는 데 타당한지 검증하는 것.

제안 방법

• 라디오에서 광학 대역에 이르는 37개의 천체망원경을 이용한 다파장 모니터링과 동시에 XMM-Newton X선 관측.
• XMM-Newton 관측 시점의 동시 라디오에서 X선까지의 데이터를 기반으로 스펙트럼 에너지 분포(SED)를 구성하는 것.
• 곡률과 연한 과잉 존재 여부를 평가하기 위해 X선 스펙트럼을 단일 및 이중 멱법칙으로 피팅하는 것.
• 질량 축적 디스크의 열 복사를 블랙바디 법칙을 사용하여 모델링하는 것.
• 비열성 성분을 모델링하기 위해 Villata & Raiteri(1999)의 나선형 제트 모델을 사용하며, 나선형 제트 내에서 두 개의 구별되는 복사 영역을 가정하는 것.
• 이전 BeppoSAX 및 기타 위성의 관측 결과와 비교하여 X선 스펙트럼의 변동성을 평가하고 스펙트럼 상태의 진화를 분석하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2007–2008년 캠패인 동안 BL 라크테레의 SED에서 관측된 두드러진 자외선 과잉은 무엇 때문인가요?
• RQ2 왜 X선 스펙트럼은 관측 간에 크게 변동하는 연한 과잉을 보이는가요?
• RQ3 관측된 SED는 단일 동기복사-자기복합(스스) 모델로 설명될 수 있는가, 아니면 다중 비열성 성분이 필요한가요?
• RQ4 X선 스펙트럼 곡률의 기원은 무엇이며, 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가요?
• RQ5 관측된 복사는 두 개의 구별되는 복사 영역을 포함하는 나선형 제트 구조와 일치하는가요?

주요 결과

• X선 스펙트럼은 이중 멱법칙으로 가장 잘 피팅되며, 특히 시야 방향에 분자운이 존재하는 경우에 둔탁한 형태를 띤다.
• 자외선 과잉은 온도가 20,000 K 이상이고 빛의 세기가 6×10⁴⁴ erg s⁻¹ 이상인 질량 축적 디스크의 열 복사로 기인한다.
• 광역 스펙트럼 에너지 분포(SED)는 두 개의 동기복사 성분과 그에 수반된 SSC 복사가 필요하며, 제트 내에서 두 개의 구별되는 복사 영역이 있음을 시사한다.
• 질량 축적 디스크의 빛의 세기는, 방사 효율 η ≈ 0.06을 가정할 경우, 질량 축적률의 하한값 0.2 M⊙ yr⁻¹을 암시한다.
• 빛의 세기가 에딩턴 한계에 가까워지면 블랙홀 질량는 6×10⁶ M⊙ 이상이어야 한다.
• 모델은 광자 지수 약 2인 게르마늄 스펙트럼을 재현하며, 2005년 MAGIC가 관측한 테바 스펙트럼과 일치한다.