[論文レビュー] Monitoring of bright blazars with MAGIC telescope

C. C. Hsu, K. Satalecka+10 more|ArXiv.org|Jul 5, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、MAGIC Cherenkov望遠鏡を用いて、Mrk 421、Mrk 501、1ES 1959+650という3つの明るいTeV放射源であるブレーザーに対して、長期的で高密度のモニタリングを実施した。Mrk 421ではX線/TeV相関が顕著に検出され、短時間スケールでの強いflux変動が観測された。一方、Mrk 501および1ES 1959+650は、それぞれ静穏状態にあった。本研究は、ブレーザー物理学におけるレプトン的およびハドロン的放射メカニズムの検証に不可欠なデータを提供する。

ABSTRACT

Blazars, a class of Active Galactic Nuclei (AGN) characterized by a close orientation of their relativistic outflows (jets) towards the line of sight, are a well established extragalactic TeV $γ$-ray emitters. Since 2006, three nearby and TeV bright blazars, Markarian (Mrk) 421, Mrk 501 and 1ES 1959+650, are regularly observed by the MAGIC telescope with single exposures of 30 to 60 minutes. The sensitivity of MAGIC allows to establish a flux level of 30% of the Crab flux for each such observation. In a case of Mrk 421 strong flux variability in different time scales and a high correlation between X-ray/TeV emissions have been observed. In addition, preliminary results on measured light curves from Mrk 501 and 1ES1959+650 in 2007/8 are shown.

研究の動機と目的

• 明るいTeV放射ブレーザーに対する長期的かつ状態に依存しないモニタリングを実施し、さまざまな timescales におけるflux分布と変動を偏りなく捉えること。
• TeV、X線、光学flux状態の間の相関を調査することで、VHEガンマ線放射の物理的起源を解明すること。
• リアルタイムでフレア状態を検出することで、多波長追従観測のためのTarget of Opportunity (ToO) トリガーを可能にすること。
• フレア発生確率およびスペクトル変動に関する統計的制約を強化し、特にIceCubeニュートリノ観測の準備を進める。
• 中程度の月明かりおよび曇天条件下でのMAGICの感度と性能を評価し、長期モニタリングキャンペーンにおける運用効率を向上させること。

提案手法

• Wobbleモードを用いて、Mrk 421、Mrk 501、1ES 1959+650に対する定期的観測を実施。1回の露出時間は30〜60分。
• 背景を低減し、トリガー効率を向上させるために、2 GSamples/sの高速FADCデータ取得システムを採用。これによりエネルギー閾値が約60 GeVまで低下した。
• リアルタイムでのオンライン解析を実施し、高flux状態のfluxレベルを推定し、ToOトリガーを発行。
• 大気状態およびイベントレートに基づく品質カットを実施。Mrk 501では16時間分、2007年のMrk 421では12.7時間分のデータを保持。
• Pearson相関解析を用いて、TeV、X線（ASM）、光学（Rバンド、KVA）fluxの関係を評価。
• 非検出状態におけるflux上限を、[20]で提示された統計的手法を用いて90%信頼水準で算出。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 421、Mrk 501、1ES 1959+650のVHEガンマ線バンドにおける長期的flux変動は何か？
• RQ2 Mrk 421においてTeVガンマ線とX線flux間に有意な相関が認められるか？その相関は放射メカニズムにどのような示唆をもたらすか？
• RQ3 Mrk 421における光学（Rバンド）fluxはTeV放射とどのように相関するか？これは放射領域の性質に何を示唆するか？
• RQ4 これらの源におけるflux状態およびフレア活動の統計的有意性は何か？これによりフレア発生確率モデルはどのように改善されるか？
• RQ5 MAGICは中程度の月明かりおよび曇天条件下でも顕著なflux状態を検出できるか？また、これによりモニタリング効率はどのように影響を受けるか？

主な発見

• Mrk 421は、数分から数日スケールで顕著なflux変動を示し、X線とTeVガンマ線flux間に8σの有意な相関（r = 0.77 ± 0.05）が確認された。
• Mrk 421においてTeVガンマ線と光学Rバンドfluxの間に有意な相関は認められなかった（r = 0.03 ± 0.14）。これは、異なる放射領域またはメカニズムを示唆する。
• 2007–2008年の間、Mrk 501は低flux状態（1 Crab未満）にあり、密なサンプリングが可能となり、将来的なflux状態確率の統計的解析が可能になった。
• 1ES 1959+650は2007–2008年に静穏状態にあり、300 GeV以上の平均fluxは(0.92 ± 0.12) × 10⁻¹¹ ph/cm²s（約10% Crab）であり、顕著なフレアは検出されなかった。
• 1ES 1959+650の2008年データから2.6σの有意性が得られ、300 GeV以上の90%信頼水準での上限は1.54 × 10⁻¹¹ ph/cm²sとなった。
• MAGICは30分観測で約1.6% Crabのfluxまで、50時間観測で1.6% Crabのfluxまで、信頼性を持って検出可能であり、感度は約10%のクレイブフラックスに相当する。