[論文レビュー] X-ray variability of GeV gamma-ray emitting radio galaxy NGC 1275

Y. Fukazawa, Kensei Shiki+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本研究は、2006年から2015年の間のSuzaku/XISおよびSwift/XRTデータを用いて、放射線銀河NGC 1275におけるX線およびGeVガンマ線の変動を分析し、2013年から2015年にかけてX線とGeVガンマ線の放射率が相関して増加していることを発見した。これはジェット起源の放射を示唆する。X線フレアでは、約5倍の放射率上昇とスペクトルの傾きの増加（光子指数~2 対 ~1.7）が観測され、磁界強度または電子エネルギーの増加を伴うフレア領域からのシンクロトロン放射が示唆され、ショックインジェットモデルと整合的である。

ABSTRACT

We analyzed Suzaku/XIS data of 2006--2015 observations of a gamma-ray emitting radio galaxy NGC 1275, and brightening of the nucleus in the X-ray band was found in 2013--2015, correlating with GeV Gamma-ray brightening. This is the first evidence of variability with correlation between GeV gamma-ray and X-ray for NGC 1275. We also analyzed Swift/XRT data of NGC 1275, and found that X-ray was flaring by a factor of $\sim$5 in several days in 2006, 2010, and 2013. The X-ray spectrum during the flare was featureless and somewhat steeper with a photon index of $\sim$2 against $\sim$1.7 in the normal state, indicating that a synchrotron component became brighter. A large Xray to GeV gamma-ray flux ratio in the flare could be explained by the shock-in-jet scenario. On the other hand, a long-term gradual brightening of radio, X-ray, and GeV gamma-ray with a larger gamma-ray amplitude could be origin of other than internal shocks, and then we discuss some possibilities.

研究の動機と目的

• X線とGeVガンマ線の変動の関係を、明るいガンマ線放射を示す放射線銀河NGC 1275において調査すること。
• 長期間にわたるX線モニタリングを用いて、X線放射の起源（ジェットか周囲の銀河団か）を特定すること。
• 短期的なX線フレアがガンマ線活動と相関するかを評価し、そのスペクトルおよび放射率の変化を説明する物理的メカニズムを同定すること。
• 特にショックインジェットシナリオを念頭に、観測されたX線/ガンマ線放射率比とスペクトル指数の意味を、ジェット放射モデルの観点から評価すること。

提案手法

• 2006年から2015年の間の19回のSuzaku/XIS観測データを用いて、NGC 1275のX線画像分光分析を行い、放射率およびスペクトルの変動を解析した。
• Fermi-LATのGeVガンマ線光曲線とX線光曲線およびスペクトルを比較し、相関関係を特定した。
• 2006年、2011年、2013年のSwift/XRTデータを分析し、短期的なX線フレアとそのスペクトル的性質を調査した。
• X線スペクトルをパワー・レインプモデルでフィットし、光子指数と放射率を導出し、フレア状態と静穏状態を比較した。
• 複数のミッション（OSO-8からSwiftまで）の歴史的X線光曲線を用いて、長期的変動を文脈づけた。
• ショックインジェットモデルを評価するため、強化された磁界または電子エネルギー分布が観測されたX線フレア特性を説明できるかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 NGC 1275におけるX線とGeVガンマ線の放射率変動の間に有意な相関が認められるか？
• RQ2 観測されたX線フレア（放射率が約5倍に上昇、スペクトルの傾きが増加）を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ3 フレア時におけるX線からGeVガンマ線への放射率比は、ショックインジェットのようなジェット放射モデルで説明可能か？
• RQ4 NGC 1275の長期的X線変動が、電波およびガンマ線変動とどのように比較されるか。これは、放射領域の電子エネルギー密度に何を示唆するか？
• RQ5 1990年代にEGRETで検出されなかったNGC 1275が、X線放射率が同程度であったにもかかわらず、ガンマ線/ X線放射率比の変化に何を示唆するか？

主な発見

• 2013年から2015年にかけて、NGC 1275におけるX線とGeVガンマ線の放射率変動に有意な相関が認められ、これは放射線銀河において初の証拠である。
• 2006年、2011年、2013年のSwift/XRT観測で観測されたX線フレアは、数日間にわたり約5倍の放射率上昇を示し、光子指数は約2であり、静穏状態（約1.7）よりもスペクトルが急になっている。
• フレア時のスペクトルの傾きの増加は、静穏状態におけるシンクロトロン自己コンプトン（SSC）放射から、フレア状態におけるシンクロトロン支配の放射への移行を示唆する。
• フレア時における高いX線/GeVガンマ線放射率比は、磁界強度または電子エネルギーの増加によってX線バンドでのシンクロトロン放射が強化されるショックインジェットモデルによって最もよく説明される。
• 長期的に、電波、X線、GeVガンマ線の放射率が徐々に増加しており、ガンマ線の振幅がより大きいことから、電子エネルギー密度や放射領域のサイズの変化が関係している可能性があるが、サイズが3倍以上減少する可能性は低い。
• 1990年代にEGRETで検出されなかったことから、ガンマ線/ X線放射率比が10倍以上増加したことが示唆され、これは放射領域の電子エネルギー分布または磁界強度の顕著な変化を示唆する。