[論文レビュー] Simultaneous Observations of Flaring Gamma-ray Blazar 3C 66A with Fermi-LAT and VERITAS

Luis C. Reyes|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、2008年10月の活発な増光期中に、Fermi-LATとVERITASを用いて、初の同時GeVおよびTeVガンマ線観測を、Blazar 3C 66Aに対して実施した。連続したデータから得られる広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）は非常に制約が強く、外部コンプトン（EC）＋自己コンプトン（SSC）モデルに最もよく適合する。このモデルは、準拠分配磁界を要するが、これは中間周波数ピークを持つBL Lac型銀河における逆コンプトン放射において、外部の軟光子が果たす重要な役割を示している。

ABSTRACT

The intermediate-frequency-peaked BL Lac object 3C 66A was detected in a flaring state by the Fermi-LAT and VERITAS observatories in October 2008. These data and follow-up observations at other wavelengths create a rich sample of light curves and a constraining spectral energy distribution (SED). This is the first time that simultaneous observations at GeV and TeV energies were obtained for a flaring blazar. Results from these joint Fermi-LAT and VERITAS observations are presented in this conference proceeding.

研究の動機と目的

• 強力なガンマ線増光期における3C 66Aの同時多波長観測を取得し、広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）解析を可能にする。
• 同時GeVおよびTeVデータに対して、特にSSCおよびEC+SSCモデルを含むレプトン的放射メカニズムの妥当性を検証する。
• 電子注入光度、磁界強度、外部放射場密度を含む、放射領域の物理的パラメータを特定する。
• 中間周波数ピークを持つBL Lac型銀河（IBLs）における高エネルギー放射を駆動する外部光子場の役割を評価する。
• 次世代ガンマ線望遠鏡を用いた今後の多波長共同観測の基準を確立する。

提案手法

• Fermi-LATとVERITASは、2008年10月のガンマ線増光期中に3C 66Aを同時観測し、Fermi-LATはGeVエネルギーを、VERITASはTeV光子を検出した。
• スペクトルエネルギー分布（SED）は、Fermi-LAT、VERITAS、および電波、可視光、X線波長域での追従観測データを用いて構築された。
• レプトン的放射モデルとして、自己コンプトン（SSC）と外部コンプトン（EC）過程を組み合わせ、外部放射場はピーク周波数ν_ext = 1.5×10¹⁴ Hzの熱的ブラックボディとしてモデル化された。
• 一ゾーンレプトン的モデルを用い、電子注入指数q = 2.5、最小および最大電子ローレンツ因子γ_min = 5×10³およびγ_max = 8×10⁴、および一様流れのローレンツ因子Γ = 30を含むパラメータをSEDにフィットした。
• 磁界強度とエネルギー密度は、等分配条件と観測フラックスの整合性を満たすように制約され、u_B / u_e ≈ 0.1（準拠分配未満）が得られた。
• 予測されたフラックスおよびスペクトル指数が、GeV帯およびTeV帯の観測データと一致することにより、モデルの妥当性が検証された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SSCおよびEC成分を併せ持つレプトン的モデルが、増光状態における3C 66Aの広帯域SEDを同時に再現できるか？
• RQ2 放射領域における必要な磁界強度は何か？また、等分配条件を満たすか？
• RQ3 例えば、バルクライン領域やダスト再放射光子からの外部の軟光子が、IBLsにおける逆コンプトン放射にどの程度寄与しているか？
• RQ4 GeVおよびTeV帯での観測スペクトル形状は、パワーローインデックスを持つ高エネルギー電子分布の存在を支持するか？
• RQ5 Fermi-LATデータにおけるスペクトル進化の欠如は、増光状態における変動時標と電子冷却の性質について何を示唆するか？

主な発見

• 同時GeVおよびTeV観測から得られた3C 66Aの広帯域SEDは、Blazar放射の特徴的である二重ピーク構造を明確に示しており、合成ピーク周波数は約10¹⁵ Hz、逆コンプトンピークはVHE帯にまで延びている。
• Fermi-LATデータは、増光期（10月4日〜6日）にパワーローインデックス1.84 ± 0.11のパワーローインデックススペクトルを示し、顕著なスペクトル進化は観測されなかった。
• EC+SSCモデルは、純粋なSSCモデルよりも顕著に優れたフィットを示し、後者はGeVフラックスを過剰に予測し、不自然に低い磁界を要する。
• 最良のフィットEC+SSCモデルでは、u_B / u_e ≈ 0.1の準拠分配未満磁界を要し、磁界エネルギー密度が電子エネルギー密度の10%未満であることを示している。
• 外部放射場のピーク周波数はν_ext = 1.5×10¹⁴ Hz、エネルギー密度はu_ext = 6.6×10⁻⁶ erg cm⁻³であり、バルクライン領域またはダスト再放射光子からのものと整合的である。
• 電子注入光度はL_e = 1.26×10⁴⁵ erg s⁻¹と推定され、パワーローインデックスq = 2.5であり、相対的に硬い電子分布を示している。