[論文レビュー] Monitoring of bright, nearby Active Galactic Nuclei with the MAGIC telescopes

Robert Wagner, Michael Backes+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 30, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、マジック・チェレンコフ望遠鏡を用いて、6年間にわたり、明るく近く、3つのブレーザー（Mrk 421、Mrk 501、1ES1959+650）を偏りのない監視観測し、その非常に高エネルギー（VHE）ガンマ線放射状態、スペクトル変動性、および多波長相関を調査した。主な結果として、Mrk 421およびMrk 501におけるVHEとX線の放射率の有意な相関が検出され、放射率依存のスペクトル硬化が観測された。これは、レプトン系発光モデルを支持し、ブレーザーの活動サイクルおよびフレア行動に関する知見を提供する。

ABSTRACT

Observations and detections of Active Galactic Nuclei (AGN) by Cherenkov telescopes are often triggered by information about high flux states in other wavelength bands. To overcome this bias, the VHE gamma-ray telescope MAGIC has conducted dedicated monitoring observations of nearby AGN since 2006. Three well established, TeV-bright blazars were selected to be observed regularly: Mrk 421, Mrk 501, and 1ES1959+650. The goals of these observations are to obtain an unbiased distribution of flux states shedding light on the duty cycle of AGN, to investigate potential spectral changes during periods of different source activity, and to correlate the results with multiwavelength observations. Also clues on a potential periodic behavior of the sources might be drawn from a study of the obtained lightcurves. By testing predictions of theoretical models, like, e.g., the correlation between the TeV flux level and the peak frequency predicted in SSC models, monitoring deepens our knowledge about the acceleration and emission processes in AGN. The status and results of the MAGIC AGN monitoring program will be presented.

研究の動機と目的

• 他の波長からの外部トリガーに依存するAGNのVHEガンマ線観測におけるバイアスを克服すること。
• 近傍AGNの活動サイクルおよびフレア発生確率を特定するため、放射率状態の偏りのない分布を取得すること。
• 理論的ブレーザー発光モデルの検証を目的として、スペクトル変動性および多波長データとの相関を調査すること。
• ハドロン系発光過程を示唆する可能性のある周期的行動やオーファンフレア（低エネルギー対応なしのVHEフレア）を探索すること。
• マルチメッセンジャおよび多波長追従観測のためのオピニオン・オブ・オポーチュニティ（ToO）トリガーを可能にすること。

提案手法

• 2004年から2009年まで、マジックIACtを用いて、3つのTeV明るいブレーザー（Mrk 421、Mrk 501、1ES1959+650）に対して、トリガーに依存しない専用の監視観測を実施した。
• 背景イベントの同時測定と源の放射率抽出の改善を目的として、ウッブルモード観測を採用した。
• トリガー率、大気の透明度、空の明るさに基づく厳密なデータ品質カットを適用し、品質が低い観測を除外した。
• すべてのデータに対して標準的手順を適用し、校正および一貫性の確認のため、同時期のカブスネビュラのデータを用いて検証した。
• 光曲線作成および有意性評価には、0.3 TeVのエネルギー閾値を用い、1σ以上を満たすもののみを含めた。
• 過去の出版物と結果を統合し、特に1ES1959+650について、長期的な放射率およびスペクトル安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 近傍AGNにおけるVHE放射率状態の偏りのない分布は何か？ これは、フレア活動サイクルに何を明らかにするか？
• RQ2 Mrk 421およびMrk 501において、VHEガンマ線放射率とX線放射率の間に相関があるか？ また、源の活動レベルに応じて変化するか？
• RQ3 VHE放射のスペクトル指数は、放射率に応じて変化するか？ これは、SSCモデルの予測と一致するか？
• RQ4 監視観測は、低エネルギー対応のないVHEフレア（オーファンフレア）を検出できるか？ これは、ハドロン系発光を示唆する可能性がある。
• RQ5 1ES1959+650の長期的なスペクトルおよび放射率安定性は何か？ 6年間の間に変動の兆候は見られるか？

主な発見

• マジック監視キャンペーンでは、Mrk 421に対して118回の点像観測が実施され、2004年から2009年の間に顕著なVHEフレア活動を示す光曲線が得られた。
• Mrk 421では、VHEガンマ線とX線の放射率の強い相関が観測された。特に2008年のフレア期に顕著で、これはレプトン系発光モデルを支持する。
• Mrk 501では、放射率依存のスペクトル硬化が観測され、高い放射率状態でスペクトル指数がより硬くなった。これは、SSCモデルの予測と一致する。
• Mrk 501に対しては、103日間で合計90時間以上の観測が得られ、一部のデータは既に発表済みであり、高い変動性とスペクトルの進化が示された。
• 1ES1959+650では、47日間にわたり58時間の有効データが得られたが、有意な放射率またはスペクトル変動は観測されず、監視期間中は準静的状態にあったことが一致した。
• このキャンペーンは、偏りのない長期的監視を成功裏に実施し、将来的なマルチメッセンジャおよび多波長相関研究の基盤を提供した。特に、アイスカイルのニュートリノイベントとの関連可能性も含めて。