[论文解读] Fermi-LAT Detection of a Hard Spectrum Flare from the Gravitationally Lensed Blazar B0218+357

S. Buson, C. C. Cheung+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 10

一句话总结

本文报告了费米-LAT在2014年7月对引力透镜作用下的耀变体B0218+357的硬谱γ射线耀发的探测，其光子指数Γ ≈ 1.4–1.6，显著硬于以往观测。该耀发的延迟对应信号——由11.46天的γ射线透镜延迟所预测——在11.5天后被确认，且MAGIC望远镜探测到甚高能（VHE）辐射，使B0218+357成为目前已知最遥远的TeV辐射源。

ABSTRACT

The Fermi-LAT has observed new gamma-ray flares from the blazar B0218+357 during July 2014. While no significant change in the gamma-ray spectrum has been previously observed through the flaring phase in late-2012, during this recent high activity the source displayed an exceptionally hard spectrum. The latter led to the detection of very high energy (VHE, E > 100 GeV) gamma-rays from B0218+357 by the MAGIC telescopes, establishing this source as the most distant TeV emitter known to date. In addition to the detection of VHE emission, this blazar is of particular interest since it is known to be a double-image gravitationally lensed system with a lens delay of 11.46 +/- 0.16 days measured in gamma-rays. We present the Fermi-LAT study of the July 2014 flares and discuss them in the context of previous measurements.

研究动机与目标

• 研究B0218+357在2014年7月新高活动期的能谱与时间行为。
• 检验2012年测量的γ射线透镜延迟（11.46 ± 0.16天）与新耀发活动的一致性。
• 研究能谱变化，特别是此前耀发中未见的硬谱（Γ < 2）的出现。
• 比较γ射线与射电波段的通量比（A/B），并评估其与透镜模型的一致性。
• 通过与MAGIC望远镜的交叉观测，确认甚高能γ射线的探测。

提出的方法

• 在MJD 56849–56865期间，对费米-LAT数据进行每6小时一个时间区间的分析，能量阈值>300 MeV，以表征硬谱耀发行为。
• 采用单幂律谱模型，允许耀发期间光子指数自由变化。
• 使用检验统计量（TS）确定源的显著性，当TS < 8时采用95%置信度上限。
• 对1天时间分辨率的光 light curve 进行自相关函数（ACF）分析，以搜索延迟相关性。
• 在初始耀发期间评估高能光子（95 GeV 和 54 GeV）与源位置的角一致性。
• 通过在1.5天时间区间内取平均通量，计算两次耀发事件（A与B像）的通量比（A/B）。

实验结果

研究问题

• RQ1 2014年B0218+357的γ射线耀发是否表现出硬谱（Γ < 2），如先前报告所示？
• RQ2 11.46 ± 0.16天的γ射线透镜延迟是否与第二道耀发（像B）的到达时间一致？
• RQ3 2014年耀发期间的通量比（A/B）是多少？与以往γ射线和射电测量相比如何？
• RQ4 在耀发期间是否探测到甚高能（VHE）γ射线？其是否与透镜像B的辐射一致？
• RQ5 费米-LAT在首次耀发（像A）期间探测到的高能光子（≥50 GeV）是否也在延迟耀发（像B）期间出现？

主要发现

• 2014年耀发表现出异常硬的谱，MJD 56851时光子指数为Γ = 1.4 ± 0.1，显著硬于以往观测到的典型值Γ ≈ 2.3。
• 像B的延迟辐射在初始耀发约11.5天后被探测到，与先前测量的γ射线透镜延迟11.46 ± 0.16天一致。
• 2014年耀发期间的平均通量比（A/B）约为4，与2012年观测到的单位比不同，但更接近射电测量值（A/B ≈ 3–4）。
• 费米-LAT在首次耀发（像A）期间探测到两个高能光子（95 GeV 和 54 GeV），但在延迟耀发（像B）期间未探测到，提示可能存在谱或时间上的变化。
• MAGIC望远镜在延迟耀发期间探测到VHE γ射线（E > 100 GeV），证实B0218+357为目前已知最遥远的TeV辐射源。
• 对1天时间分辨率光 light curve 的ACF分析在约11天处显示一个峰值，支持透镜延迟的存在，尽管其统计显著性尚未量化。