[論文レビュー] WEBT multiwavelength monitoring and XMM-Newton observations of BL Lacertae in 2007-2008. Unveiling different emission components

C. M. Raiteri, M. Villata+9 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 59被引用数 2

ひとこと要約

本研究は2007–2008年のBL Draconisの多波長観測を提示し、37台の電波〜可視域望遠鏡と3回のXMM-Newton X線点源観測を統合している。UV過剰と変動するX線スペクトルを説明するため、2成分の磁気圏放射と逆コンプトン放射に加え、熱的円盤放射を含むモデルを提案。円盤温度は20,000 K以上、放射率は6×10⁴⁴ erg s⁻¹以上であり、顕著な降着活動を示唆している。

ABSTRACT

In 2007-2008 we carried out a new multiwavelength campaign of the Whole Earth Blazar Telescope (WEBT) on BL Lacertae, involving three pointings by the XMM-Newton satellite, to study its emission properties. The source was monitored in the optical-to-radio bands by 37 telescopes. The brightness level was relatively low. Some episodes of very fast variability were detected in the optical bands. The X-ray spectra are well fitted by a power law with photon index of about 2 and photoelectric absorption exceeding the Galactic value. However, when taking into account the presence of a molecular cloud on the line of sight, the data are best fitted by a double power law, implying a concave X-ray spectrum. The spectral energy distributions (SEDs) built with simultaneous radio-to-X-ray data at the epochs of the XMM-Newton observations suggest that the peak of the synchrotron emission lies in the near-IR band, and show a prominent UV excess, besides a slight soft-X-ray excess. A comparison with the SEDs corresponding to previous observations with X-ray satellites shows that the X-ray spectrum is extremely variable. We ascribe the UV excess to thermal emission from the accretion disc, and the other broad-band spectral features to the presence of two synchrotron components, with their related SSC emission. We fit the thermal emission with a black body law and the non-thermal components by means of a helical jet model. The fit indicates a disc temperature greater than 20000 K and a luminosity greater than 6 x 10^44 erg/s.

研究の動機と目的

• 標準的なシンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルを超える、BL Draconisの複雑な全波長放射成分を解明すること。
• XMM-Newtonデータで観測されたUV過剰とソフトX線過剰の原因を調査すること。
• スペクトルエネルギー分布（SED）を説明するために、複数の非熱的成分または追加の放射メカニズムが必要かどうかを特定すること。
• 同時的な電波〜X線データを用いて、降着円盤の性質とブラックホール質量を制約すること。
• ヘリカルジェットモデルが観測された変動性およびスペクトル特徴を説明できるかを検証すること。

提案手法

• 電波〜可視域の37台の望遠鏡を用いた多波長モニタリングと、同時に実施されたXMM-Newton X線観測。
• XMM-Newton観測時刻における同時的な電波〜X線データからスペクトルエネルギー分布（SED）を構築。
• カーブの度合いとソフト過剰の有無を評価するため、X線スペクトルに単一および二重のべき乗則を適合。
• 降着円盤の熱放射をブラックボディ法則を用いてモデル化。
• Villata & Raiteri (1999)のヘリカルジェットモデルを用いて非熱的成分を適合。ヘリカルジェット内の2つの明確な放射領域を仮定。
• BeppoSAXおよび他の人工衛星からの以前の観測と比較し、X線スペクトルの変動性とスペクトル状態の進化を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2007–2008年のキャンペーン中に、SEDで観測された顕著なUV過剰は、何によって引き起こされるか？
• RQ2 なぜX線スペクトルは観測間で著しく変化するソフト過剰を示すのか？
• RQ3 観測されたSEDは単一のシンクロtron自己コンプトン（SSC）モデルで説明できるか、それとも複数の非熱的成分が必要か？
• RQ4 X線スペクトルのカーブはどのようにして生じ、時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ5 観測された放射は、2つの明確な放射領域を有するヘリカルジェット構造と整合性があるか？

主な発見

• X線スペクトルは二重べき乗則で最もよく適合され、とくに線路上に分子雲が存在する場合、凹型の形状を示す。
• UV過剰は、20,000 Kを超える温度と6×10⁴⁴ erg s⁻¹を超える放射率を持つ降着円盤からの熱放射に起因するとされる。
• 全波長SEDには、それぞれに付随するSSC放射を持つ2つのシンクロtron成分が必要であり、ジェット内に2つの明確な放射領域があることを示唆する。
• 降着円盤の放射率は、放射効率η ≈ 0.06を仮定した場合、降着率の下限として0.2 M⊙ yr⁻¹を示唆する。
• 放射率がEddington限界に近い場合、ブラックホール質量は6×10⁶ M⊙を超えると制約される。
• モデルは、光子指数が約2のGeVスペクトルを再現でき、2005年にMAGICが観測したTeVスペクトルと整合性がある。