[论文解读] The high activity of 3C 454.3 in autumn 2007. Monitoring by the WEBT during the AGILE detection

C. M. Raiteri, M. Villata+6 more|ArXiv.org|May 14, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 23被引用 44

一句话总结

本研究利用全天球耀变体望远镜（WEBT）和AGILE卫星数据，对2007年秋季高活动状态下的耀变体3C 454.3开展了高时间分辨率的多波段监测。研究揭示了极端的日内变化，包括1.5小时内亮度增加1.1个星等，以及1小时内下降1.2个星等，光谱能量分布显示在较暗状态时存在紫外超量，可能源于吸积盘的热辐射。

ABSTRACT

The quasar-type blazar 3C 454.3 underwent a phase of high activity in summer and autumn 2007, which was intensively monitored in the radio-to-optical bands by the Whole Earth Blazar Telescope (WEBT). The gamma-ray satellite AGILE detected this source first in late July, and then in November-December 2007. In this letter we present the multifrequency data collected by the WEBT and collaborators during the second AGILE observing period, complemented by a few contemporaneous data from UVOT onboard the Swift satellite. The aim is to trace in detail the behaviour of the synchrotron emission from the blazar jet, and to investigate the contribution from the thermal emission component. Optical data from about twenty telescopes have been homogeneously calibrated and carefully assembled to construct an R-band light curve containing about 1340 data points in 42 days. This extremely well-sampled optical light curve allows us to follow the dramatic flux variability of the source in detail. In addition, we show radio-to-UV spectral energy distributions (SEDs) at different epochs, which represent different brightness levels. In the considered period, the source varied by 2.6 mag in a couple of weeks in the R band. Many episodes of fast (i.e. intranight) variability were observed, most notably on December 12, when a flux increase of about 1.1 mag in 1.5 hours was detected, followed by a steep decrease of about 1.2 mag in 1 hour. The contribution by the thermal component is difficult to assess, due to the uncertainties in the Galactic, and possibly also intrinsic, extinction in the UV band. However, polynomial fitting of radio-to-UV SEDs reveals an increasing spectral bending going towards fainter states, suggesting a UV excess likely due to the thermal emission from the accretion disc.

研究动机与目标

• 研究2007年秋季3C 454.3高活动状态期间极端变异性行为的本质与起源。
• 分离出喷流的同步辐射与吸积盘的热辐射在光学至紫外波段光谱能量分布（SED）中的贡献。
• 利用同时期的AGILE与WEBT数据，分析低能（光学–射电）与高能（γ射线）辐射成分之间的关系。
• 评估银河系及内在消光对紫外SED的影响及其对探测热辐射的启示。

提出的方法

• 从约20台望远镜收集并统一校准R波段光学光变曲线，覆盖42天，共获得约1340个数据点。
• 在不同通量状态下构建同时期的射电至紫外光谱能量分布（SED），以研究光谱演化。
• 对SED应用多项式拟合，识别光谱弯曲，推断在较暗状态时存在紫外超量。
• 将WEBT的光学数据与同时期的AGILE γ射线光变曲线进行比较，探索同步辐射与逆康普顿辐射成分之间的相关性。
• 通过亮度温度计算（T_b ~ 5×10^9 K）评估观测到的快速变异性在物理上的合理性，并排除非喷流起源的可能性。
• 评估银河系及内在消光对紫外数据的影响，承认SED建模中的不确定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C 454.3在2007年爆发期间观测到的极端日内变异性由何原因引起？
• RQ2 在较暗状态时，吸积盘的热辐射在光学–紫外SED中占多大程度的贡献？
• RQ3 在不同通量状态下，光谱能量分布如何在射电至紫外波段演化？
• RQ4 通过AGILE观测到的喷流同步辐射与逆康普顿γ射线辐射之间存在何种关系？
• RQ5 尽管存在消光不确定性，观测到的紫外超量是否可可靠归因于热盘辐射？

主要发现

• 该源在数周内发生了2.6个星等的通量变化，期间多次出现日内时间尺度的快速变异性事件。
• 2007年12月12日，1.5小时内亮度增加了1.1个星等，随后1小时内下降1.2个星等，是迄今记录到的最快耀变体爆发之一。
• 对1.2个星等的亮度下降事件，推算出的亮度温度约为~5×10^9 K，远低于逆康普顿灾难极限，支持其起源于喷流。
• 射电至紫外SED显示，随着源进入较暗状态，光谱弯曲程度增强，表明紫外超量的贡献在增加，该超量可能源于吸积盘的热辐射。
• 当喷流的束状同步辐射较暗时，紫外超量最为显著，凸显了在低活动状态进行监测对吸积盘研究的重要性。
• 同时期的WEBT与AGILE数据为未来研究耀变体辐射机制中的光学–γ射线通量相关性提供了独特数据集。