[论文解读] A complete sample of LSP blazars fully described in $γ$-rays. New $γ$-ray detections and associations with Fermi-LAT

B. Arsioli, G. Polenta|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 51被引用 7

一句话总结

本研究对104个明亮、射电选的低谱同步辐射峰值（LSP）耀变体进行了完整的7.5年Fermi-LAT分析，识别出六个新的γ射线源，并利用改进的位置约束将三个先前未识别的3FGL源与耀变体关联起来。研究发现，大多数‘γ射线安静’的LSP耀变体并非真正未被探测到，而是表现出瞬态耀斑或低于探测灵敏度阈值；康普顿主导度（CD）的分布呈类似高斯分布，中心位于log(CD) ≈ 0.1，表明平均而言，同步辐射与逆康普顿辐射的峰值功率基本平衡。

ABSTRACT

We study the $γ$-ray and broadband spectral energy distribution (SED) properties of a complete sample of 104 bright, radio-selected low-synchrotron peaked (LSP) blazars. Most of the sources have already been detected in the $γ$-ray band by Fermi-LAT, however almost 20% of these blazars have no counterpart in any of the Fermi catalogs so far. Using the Fermi Science Tools, we look for $γ$-ray emission for those objects not yet reported in any Fermi-LAT catalog. We performed a binned likelihood analysis in the 0.3-500 GeV energy band with Fermi-LAT Pass 8 data, integrating over 7.5 years of observations. We studied $γ$-ray light curves and test statistic (TS) maps to validate new detections and associations. We fit the synchrotron (Syn) and inverse Compton (IC) components for all sources using all available historical data, enhancing the study of Syn to IC peak-power correlations. We derive the distribution of the Compton dominance (CD) along with population properties such as Syn and IC peak power, and frequency distributions. We deliver a unique characterization in $γ$-rays for a complete sample of LSP blazars. We show that three previously unidentified 3FGL sources can be associated with blazars when using improved $γ$-ray positions obtained from TS maps. Six previously unreported $γ$-ray sources are detected at TS>20 level, while another three show TS values between 10-20. We evaluate two cases in which source confusion is likely present. In four cases there is no significant $γ$-ray signature, however short-lived flares have been detected in these sources. Finally, the log(CD) has a Gaussian-like distribution with median log(CD)=0.1, implying that on average the peak-power for the Syn and IC components in LSP blazars are similar.

研究动机与目标

• 识别Fermi-LAT星表中尚未检测到的104个明亮、射电选的LSP耀变体中的γ射线辐射。
• 利用高分辨率检验统计量（TS）图谱，解决先前未识别的3FGL源在源关联上的模糊性。
• 对完整样本的多波段能谱分布（SED）和康普顿主导度（CD）进行表征。
• 研究瞬态耀斑活动在解释表观γ射线非检测中的作用。
• 评估变异性对CD的影响，并评估同步自康普顿（SSC）与外部康普顿（EC）辐射机制的主导性。

提出的方法

• 在0.3–500 GeV能量范围内，对7.5年的Fermi-LAT Pass 8数据执行分箱似然分析。
• 利用检验统计量（TS）图谱和γ射线光 light curves 验证新探测结果并评估源的变异性。
• 应用多波段SED拟合，对从射电到GeV γ射线波段的同步辐射与逆康普顿（IC）成分进行建模。
• 利用TS图谱获得的改进γ射线源位置，将先前未识别的3FGL源与LSP耀变体关联。
• 测量康普顿主导度（CD = L_IC / L_Syn），并分析其在样本中的分布。
• 通过时间分辨分析，评估快速γ射线变异性对CD值的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过γ射线数据的深度长期分析，在Fermi-LAT星表中识别出先前未探测到的LSP耀变体？
• RQ2 ‘γ射线安静’的LSP耀变体是否实际上在瞬态耀斑状态下表现出可探测的γ射线辐射？
• RQ3 在LSP耀变体的完整样本中，康普顿主导度（CD）的统计分布是什么？其对主导辐射机制意味着什么？
• RQ4 快速γ射线变异性如何影响测量的康普顿主导度？变异性指数是否是高CD状态的可靠代理？
• RQ5 SED拟合结果在多大程度上支持明亮LSP耀变体中的同步自康普顿（SSC）或外部康普顿（EC）模型？

主要发现

• 检测到六个TS > 20的新γ射线源，另有三个源的TS值在10–20之间，证实了先前未探测到的辐射。
• 利用高分辨率TS图谱，成功将三个先前未识别的3FGL源与LSP耀变体关联。
• 四个源在7.5年内未表现出显著的γ射线辐射，但其中两个源在约1个月 timescale 的短暂耀斑中被探测到。
• log(CD)的分布呈类似高斯分布，中位数约为0.1，表明在LSP耀变体中，同步辐射与逆康普顿辐射的峰值光度通常相当。
• 在三个源的快速γ射线耀斑期间，观测到高log(CD)值（比平静状态高出两个数量级），表明存在强烈的变异性驱动增强。
• log(CD)与γ射线变异性指数之间未发现强相关性，表明仅靠变异性指数不足以追踪高CD状态。