[論文レビュー] Optical-IUE observations of the gamma-ray loud BL Lacertae object S5 0716+714: data and interpretation

G. Ghisellini, M. Villata+15 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 1997

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 30

ひとこと要約

本研究では、1995年2月にEGRETによっても観測された、ガンマ線活性なBL ブラックホールS5 0716+714の同時光学およびIUE紫外線観測を報告する。データは、高状態でフラットなスペクトルを示す迅速な光学フレアを明らかにし、自己シンクロトロンコンプトン（SSC）モデルを支持する。一方、光学低下期にガンマ線放射が相関しないことは、単純なSSCモデルに反するが、複雑な放射領域構造や外部の種粒子光子の存在を示唆する。

ABSTRACT

We monitored the BL Lac object S5 0716+714 in the optical band during the period November 1994-April 1995, which includes the time of a gamma-ray observation by the Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) on February 14--28, 1995. The light curves in the R and B bands show fast fluctuations superimposed on longer timescale variations. The color index correlates with intensity during the rapid flares (the spectrum is flatter when the flux is higher), but it is rather insensitive to the long term trends. Over the 5 month observational period the light curve shows an overall brightening of about 1 mag followed by a fast decline. The EGRET pointing covers part of the very bright phase (V about 13.2) and the initial decline. An ultraviolet spectrum was also obtained with the International Ultraviolet Explorer (IUE) (1200-3000 A) during the EGRET observations. The variability of the optical emission of S5 0716+714 by itself sets important constraints on the magnetic field strength and on the physical processes responsible for it. Interpreting the whole electromagnetic spectrum with synchrotron self Compton models leads to the prediction of a bright gamma-ray state during the EGRET pointing. We discuss how the gamma-ray data could be used as a diagnostic of the proposed models.

研究の動機と目的

• BLブラケットS5 0716+714における光学的およびガンマ線的変動の関係を調査すること。
• 光学から紫外線に至る多波長データを用いて、シンクロトロン自己コンプトン（SSC）モデルを検証すること。
• 予測されたSSC理論に従い、観測された光学フレアおよびスペクトル硬化がガンマ線放射と相関するかどうかを特定すること。
• 逆コンプトン放射における内部的および外部的種粒子光子の役割を、スペクトル的および変動的挙動の分析を通じて評価すること。

提案手法

• 1994年11月から1995年4月にかけて、BバンドおよびRバンドでの光学モニタリングを実施し、急速なフレアおよび長期的傾向を捉えた。
• EGRET観測期間（1995年2月14日〜28日）中に、IUE紫外線スペクトル（1200–3000 Å）を取得した。
• フレア期におけるスペクトル指数の変化を追跡し、エネルギー注入および冷却 timescale を評価した。
• 観測された光学ランクを基にガンマ線放射を予測するため、1ゾーン均一SSCモデルを適用した。
• 磁場および粒子密度の半径方向依存性を持つ非均一ジェットモデルを用い、フレア対称性を解釈し、磁場強度を制約した。
• バンド間の遅延およびスペクトル変化をモデル化し、放射領域の空間的・時間的整合性をテストした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 光学フレア期におけるスペクトル硬化が、SSCモデルが予測するようにガンマ線放射の増強と相関するか？
• RQ2 対称的でプラトーを示さない短時間スケールの光学フレアは、放射領域における磁場強度にどのような制約を課すか？
• RQ3 光学低下期にガンマ線変動が相関しないことは、1ゾーンSSCモデルと整合するか？
• RQ4 観測された光学および紫外線変動は、内部的粒子供給および冷却によって説明可能か、それとも外部種粒子光子が必要か？
• RQ5 観測されたフレア形状およびプラトーの欠如は、急速な冷却を示す局所的・コンパクトな放射領域を支持するか？

主な発見

• 光学光曲線は、5か月間にわたり1等級の明るさ上昇を示し、その後急速に減少した。その間に急速なフレアが長期間の傾向に重ねて観測された。
• 急速なフレア期には、フラットなスペクトルを示すスペクトル指数が硬化し、高エネルギー電子の増加または冷却 timescale の変化を示唆した。
• 対称的でプラトーを示さないフレアは、磁場強度に下限値（約100 G）を課し、SSCモデルと整合的である。
• EGRET指向中、V ≈ 13.2に達したが、予測される明るいガンマ線状態はEGRETデータで観測されなかった。
• 光学低下期にガンマ線変動が相関しないことは、単純な1ゾーンSSCモデルに反するが、複数の放射領域または外部種粒子光子の存在を示唆する。
• データは、より小さな内側領域が高エネルギーシンクロトロンおよび逆コンプトン放射を生成し、より大きな領域が長波長で支配的である非均一ジェットモデルを支持する。