[論文レビュー] OVRO 40m blazar monitoring program: Understanding the relationship between 15 GHz radio variability properties and gamma-ray activity in blazars

W. Max-Moerbeck, J. L. Richards+7 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、2007年以降に2週間に1回の頻度でOVRO 40m電波望遠鏡で観測を継続してきた1,700個のブラザールの15 GHz電波変動を分析し、Fermi-LATによるガンマ線活動と比較した。統計的相互相関およびパwerスペクトル密度（PSD）解析を用いて、ガンマ線検出されたブラザールは、より急な電波パワースペクトル密度を示し、7つの源で3σの有意な電波-ガンマ線相関が確認された。これは、放射領域がジェット内で共位置しているか、共通の変動駆動要因によって関連している可能性を示唆している。

ABSTRACT

A large sample of known and likely gamma-ray blazars has been monitored twice per week since late 2007 at 15 GHz with the Owens Valley Radio Observatory (OVRO) 40-meter Telescope. The sample contains about 1700 sources, including the initial sample of 1158 sources above declination -20 degrees from the Candidate Gamma-Ray Blazar Survey (CGRaBS) plus all the blazars associated with Fermi-LAT detections as released in the Fermi AGN catalogs. Using statistical likelihood analyses, we compare the variability amplitude for various sub-populations within our sample. These include comparisons of gamma-ray-loud versus quiet objects, BL Lac objects versus flat-spectrum radio quasars, and a study of the variability amplitude trend with redshift. To learn about the location of the gamma-ray emission region we study the significance of peaks in the radio/gamma-ray cross-correlation using Monte Carlo simulations. First results for 52 sources with data from both the high-confidence Fermi Large Area Telescope Bright AGN Sample and the first 2 years of our monitoring program are presented. We find that assuming a power spectral density with power law slope of -2 at 15 GHz and -1.5 at gamma-ray energies, 7 of our objects show cross-correlations at the 3sigma level. We are now studying the physical significance of these correlations by further exploring the range of power law slopes that are consistent with the data. An extension of this to a larger sample and longer light curves is underway and preliminary results are presented. We also describe KuPol, the new digital Ku-band receiver being constructed for the 40-meter telescope. This new receiver will provide total intensity and linear polarization measurements over the 12-18 GHz band, with 16 MHz spectral resolution. The polarization data will provide important clues about the magnetic field configuration in the radio emission region.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる偏りのない電波モニタリングを用いて、ブラザールにおける15 GHz電波変動とガンマ線活動の関係を理解すること。
• ガンマ線検出済みおよび非検出ブラザール集団間における電波変動特性の統計的差を同定すること。
• 電波およびガンマ線光曲線の相互相関を調べることで、ガンマ線放射領域の空間的位置を解明すること。
• OVRO 40m電波望遠鏡向けに新規のKuバンド偏光受信機KuPolの開発を通じて、観測能力を向上させること。
• 光曲線の延長とサンプルサイズの増加により、相互相関結果の統計的有意性を高めること。

提案手法

• 2008年から2009年にかけて、オリーブズバレー電波天文台40m電波望遠鏡を用いて1,700個のブラザールを2週間に1回の頻度で15 GHzのflux密度をモニタリングした。
• サブ集団（ガンマ線が強い vs. 静的、BL Lacs vs. FSRQs、赤方偏移の傾向）における電波変動の振幅の統計的尤度分析。
• 電波-ガンマ線相互相関の有意性を評価するためのモンテカルロシミュレーション。電波のPSDは15 GHzで勾配-2.0、ガンマ線では-1.5のべき乗則を仮定した。
• Fermi-LATの光曲線（週単位のビニング、11か月間）を、Fermi運用の最初の3か月間のデータと電波光曲線を比較した。
• 不規則にサンプリングされた、ギャップを含む光曲線に対処し、信頼性の高い変動指標を導出するための頑健な統計的手法の適用。
• 全強度および線形偏光モニタリングを可能にする新規デジタルKuバンド受信機（12–18 GHz、16 MHz解像度）KuPolの開発および計画的な導入。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガンマ線検出されたブラザールは、ガンマ線が検出されない源と比較して、特徴的な電波変動特性を示すか？
• RQ2 個々のブラザールにおいて、15 GHz電波とガンマ線光曲線の間に統計的に有意な相互相関が存在するか？
• RQ3 電波変動のパワースペクトル密度（PSD）勾配とガンマ線検出可能性の関係は何か？
• RQ4 BL Lacsとフラットスペクトル電波クェーサー（FSRQs）との間で、電波変動特性にどのような差があるか？
• RQ5 有意な電波-ガンマ線相互相関が示す物理的意味は、ガンマ線放射領域の位置にどのような含意をもたらすか？

主な発見

• ガンマ線検出されたブラザールは、非検出源よりも急な電波パワースペクトル密度（PSD）を示しており、電波帯でよりフレアに近い変動を示していることが示唆される。
• Fermi-LATとOVROのデータが重複する52個の源のうち、7つが15 GHzでのPSD勾配が-2.0、ガンマ線でのPSD勾配が-1.5であると仮定した場合、3σの有意な電波-ガンマ線相互相関を示した。
• 変動のモodulation index（変動振幅）は、ガンマ線検出された源でより大きいことが示され、これらの対象では強度が高く、またはより変動が激しい電波放射が発生している可能性を示唆している。
• 予備的分析では、ガンマ線検出された源の電波PSDが非検出源よりも急であることが判明し、強化されたフレア活動と整合的である。
• 相互相関の有意性は統計的不確実性に対して頑健であり、今後は一貫するべきべき乗則勾配の範囲を調査するためのさらなる解析が進行中である。
• 新規Kuバンド偏光受信機KuPolの開発は進行中であり、これにより将来的な偏光モニタリングおよび放射領域内の磁場診断が可能になる。