[論文レビュー] The intra-day Optical Monitoring of BL Lacerate Object 1ES 1218+304 at Its Highest X-ray Flux Level

S. S. Sun, Hua-Li Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 49被引用数 1

ひとこと要約

本研究は、VERITASおよびSwiftによって検出された、史上最高のX線放射状態にあった高周波数ピークを持つBL Lac対象1ES 1218+304における日次光学モニタリングを報告する。8日間にわたりGWAC-F60A望遠鏡を用いたBおよびRバンドの photometry を実施し、7日間で顕著な日次変動を同定した。5日間で明るさが増すほど色が青くなる傾向（bluer-when-brighter）を確認し、2日目には準周期的振動（QPO）の兆候を示した。時間遅れ解析では、正および負の遅れが観測され、ブラックホール質量の推定値は2.8 × 10⁸ M⊙となったが、変動が降着円盤ではなくジェット由来である場合、この推定値は無効であるとされる。

ABSTRACT

We here report a monitor of the BL Lac object 1ES 1218+304 in both B- and R-bands by the GWAC-F60A telescope in eight nights, when it was triggerd to be at its highest X-ray flux in history by the VERITAS Observatory and Swift follow-ups. Both ANOVA and $\chi^2$-test enable us to clearly reveal an intra-day variability in optical wavelengths in seven out of the eight nights. A bluer-when-brighter chromatic relationship has been clearly identified in five out of the eight nights, which can be well explained by the shock-in-jet model. In addtion, a quasi-periodic oscilation phenomenon in both bands could be tentatively identified in the first night. A positive delay between the two bands has been revealed in three out of the eight nights, and a negative one in the other nights. The identfied minimum time delay enables us to estimate the $M_{\mathrm{BH}}=2.8 imes10^7 m M_{\odot}$that is invalid.

研究の動機と目的

• 1ES 1218+304の史上最高のX線放射状態における光学的変動を理解すること。
• 極度の活動状態下での光学バンドにおける色の変化（明るさが増すと青くなるか、赤くなるか）を調査すること。
• 準周期的振動（QPO）およびBバンドとRバンドの光曲線間の時間遅れを探索し、ジェットのダイナミクスを解明すること。
• ジェット由来の放射メカニズムを考慮した場合、最短の変動時間スケールから得られるブラックホール質量推定値の妥当性を評価すること。

提案手法

• 2019年1月7日から14日まで、興隆観測所に設置された60 cmのGWAC-F60A望遠鏡を用いて、多バンド光学photometryを実施した。
• 標準星の観測を用いて、BバンドおよびRバンドのphotometricデータの補正とキャリブレーションを実施した。
• 日次変動（IDV）の検出のために、ANOVAおよびχ²検定を用いた。
• BバンドとRバンド間の相互相関および時間遅れを算出するために、z変換離散相関関数（ZDCF）を用いた。
• ZDCFから得られた最小時間遅れを用いて、式 ∆t_obs = 10G(1+z)/c³ × M_BH を用いてブラックホール質量を推定した。
• 変動がジェット由来か降着円盤由来かに応じて、質量推定値の物理的妥当性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ES 1218+304は、史上最高のX線放射状態にあったが、その際の日次光学的変動の程度と性質は何か？
• RQ2 B-R色指数の明るさに伴う変化はどのように進行するのか？ これは発光メカニズムに何を示唆するか？
• RQ3 フレア状態下の光学光曲線に準周期的振動（QPO）の兆候は見られるか？
• RQ4 BバンドとRバンドの光曲線間の時間遅れは何か？ これは発光領域の幾何構造に何を明らかにするか？
• RQ5 観測された最短の変動時間スケールを用いて、特大質量ブラックホールの質量を信頼性高く推定できるか？ その推定値は物理的に妥当か？

主な発見

• ANOVAおよびχ²検定を用いた解析により、8日間中7日間で明確な日次変動（IDV）が検出された。
• 8日間のうち5日間で、明るさが増すほど色が青くなる傾向（bluer-when-brighter）が確認され、これはジェット内ショックモデルと整合的である。
• 最初の1日目に、BバンドおよびRバンドの両方で準周期的振動（QPO）の兆候が観測された。
• 3日間でBバンドとRバンドの間の時間遅れが正であった一方、残りの3日間では負の遅れが観測された。
• 観測された最小時間遅れは約1.5分であり、最大値は10分を超えていた。
• 最短の変動時間スケールから得られたブラックホール質量の推定値は2.8 × 10⁸ M⊙であったが、変動が降着円盤ではなくジェット由来である場合、この推定値は無効である。