[論文レビュー] Correlated Variability in Blazars

Robert Wagner|ArXiv.org|Aug 19, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、TeVバンドの図斑銀河に対して、X線と超高エネルギー（VHE）ガンマ線放射の相関関係を調査するための多波長観測をレビューし、レプトン系の自己自己シンチラトロン（SSC）モデルを検証する。観測的に、X線–VHE相関は数時間から数年という timescale で確認されており、特に高エネルギーピークを持つBL Lac型天体において顕著であるが、遅延、孤立フレア、機器の限界などにより解釈が複雑化している。

ABSTRACT

Blazars are thought to emit highly-collimated outflows, so-called jets. By their close alignment to our line of sight, relativistic beaming effects enable us to observe these jets over the whole electromagnetic spectrum up to TeV energies, making them ideal laboratories for studying jet physics. In the last years multiwavelength observations of blazars provided us with detailed data sets which helped to characterize the two main components of the non-relativistic emission, peaking in the optical to X-ray and GeV/TeV energy region, respectively. In leptonic acceleration models, they are explained by synchrotron radiation of electrons and inverse-Compton emission from the same electron population and thus, correlations of both emission regimes are expected. We review recent observational results on the presence and absence of such correlations in blazars, and discuss constraints on emission models by quantitative correlation analyses.

研究の動機と目的

• 図斑銀河におけるX線とVHEガンマ線放射の相関的変動の存在とその有意性を評価すること。
• 観測された相関関係が、特にシンチラトロン自己自己コンプトン（SSC）シナリオを含むレプトン系放射モデルを支持するかどうかを評価すること。
• 多波長キャンペーンにおける相関解析に影響を及ぼす観測的制約および機器の限界を特定すること。
• 光学、電波（VLBIを介して）およびVHE放射との潜在的関連性を検討し、SSC放射領域の特定を試みること。
• 光学または電波のトリガーが、図斑銀河におけるVHE活動を信頼性高く予測できるかどうかを特定すること。

提案手法

• Mkn 421、Mkn 501、PKS 2155–304、1ES 1959+650 などの主要なTeV図斑銀河の多波長光曲線を、数年にわたって収集した。
• X線とVHEガンマ線光曲線の比較に定量的相関解析（例：相互相関関数）を適用し、数時間から数年という timescale での相関を評価した。
• SSCモデルの予測を用いて、観測された遅延や相関を解釈し、特にKlein-Nishina効果と電子冷却 timescale に注目した。
• VLBI電波モニタリングデータを評価し、核の輝度変動がVHEおよびX線放射とどのように相関するかを分析し、SSC放射領域の局所化を試みた。
• 同時キャンペーン（例：2001年Mkn 421、2006年PKS 2155–304フレア）の結果を比較し、フレアの上昇および減衰段階を検討した。
• 光学および電波のトリガーがVHE活動の代理としてどの程度有効であるかを評価し、Mkn 180、1ES 1011+496、3C 279 などの源からのデータを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 図斑銀河におけるX線とVHEガンマ線放射は相関しているか？ その相関はどの timescale で観測されているか？
• RQ2 X線とVHE放射の間の観測された時間遅れは、SSCモデルを支持するのか、あるいは他の放射メカニズムを示唆するのか？
• RQ3 光学または電波（VLBIを介して）の変動は、図斑銀河におけるVHE活動の信頼できるトリガーとして機能するか？
• RQ4 「孤立フレア」（X線の対応なしにVHEフレアが観測される現象）は、SSCモデルおよびハドロン系モデルにどのような意味を持つのか？
• RQ5 機器の感度および時間カバレッジの限界が、多波長キャンペーンにおける観測相関の信頼性にどのように影響するか？

主な発見

• X線–VHEガンマ線放射の相関は、Mkn 421 や PKS 2155–304 などの高エネルギーピークを持つBL Lac型天体において、数時間から数年という timescale で観測的に確立されている。
• フレアの減衰段階において、X線とVHE放射の間で線形相関が観測され、これはSSCモデルにおける電子冷却 timescale と整合的である。
• VHE光子がX線シンチラトロン放射の後ろに遅れて観測される遅延が観測され、これはKlein-Nishina効果によるシード光子の供給遅延によって説明できる。
• Mkn 421では、光学変動、特に分数的ルート・ミーン・スクエア（fractional root mean square）がX線およびVHE変動と相関しており、光学が代理指標として利用可能である可能性を示唆している。
• 22 GHzにおけるVLBI核の変動がVHEおよびX線放射と相関しており、核がSSC領域の自己吸収対応体であることを示唆している。
• 光学のトリガーは、Mkn 180 や 1ES 1011+496、3C 279 など、新たなVHE放射体の特定に成功しており、光学状態がVHE活動の予測因子である可能性を示している。