[论文解读] A new activity phase of the blazar 3C 454.3. Multifrequency observations by the WEBT and XMM-Newton in 2007-2008

C. M. Raiteri, M. Villata+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 63

一句话总结

本研究基于2007–2008年对耀变体3C 454.3的多波段观测，结合XMM-Newton的X射线数据、光学、近红外及射电光 light curves，揭示了一次复杂的多峰爆发，伴有日内变化。关键发现为，喷流方向的变化（而不仅仅是本征变化）主导了源的通量行为，该结论得到光学-射电相关性、毫米波爆发以及与吸积盘热辐射相关的软X射线能谱曲率的证实。

ABSTRACT

We present and analyse the WEBT multifrequency observations of 3C 454.3 in the 2007-2008 observing season, including XMM-Newton observations and near-IR spectroscopic monitoring, and compare the recent emission behaviour with the past one. In the optical band we observed a multi-peak outburst in July-August 2007, and other faster events in November 2007 - February 2008. During these outburst phases, several episodes of intranight variability were detected. A mm outburst was observed starting from mid 2007, whose rising phase was contemporaneous to the optical brightening. A slower flux increase also affected the higher radio frequencies, the flux enhancement disappearing below 8 GHz. The analysis of the optical-radio correlation and time delays, as well as the behaviour of the mm light curve, confirm our previous predictions, suggesting that changes in the jet orientation likely occurred in the last few years. The historical multiwavelength behaviour indicates that a significant variation in the viewing angle may have happened around year 2000. Colour analysis reveals a complex spectral behaviour, which is due to the interplay of different emission components. All the near-IR spectra show a prominent Halpha emission line, whose flux appears nearly constant. The analysis of the XMM-Newton data indicates a correlation between the UV excess and the soft-X-ray excess, which may represent the head and the tail of the big blue bump, respectively. The X-ray flux correlates with the optical flux, suggesting that in the inverse-Compton process either the seed photons are synchrotron photons at IR-optical frequencies or the relativistic electrons are those that produce the optical synchrotron emission. The X-ray radiation would thus be produced in the jet region from where the IR-optical emission comes.

研究动机与目标

• 研究2007–2008年耀变体3C 454.3在新活动期的多波段变异性。
• 确定喷流方向变化还是本征辐射过程在主导观测到的通量变异性。
• 分析光学-射电相关性及时间延迟，以推断喷流几何结构的演化。
• 研究毫米波光曲线的行为及其与光学和X射线爆发的关系。
• 通过分析近红外光谱和X射线能谱能量分布（SEDs），以区分喷流、宽线区和吸积盘的贡献。

提出的方法

• 利用全天耀变体望远镜（WEBT）在射电、光学和近红外波段开展多波段监测。
• XMM-Newton提供了高时间分辨率的X射线观测，支持对软X射线波段的光谱分析。
• 针对XMM-Newton指向观测的历元构建了宽带SED，并与其他状态进行比较，以评估光谱变异性。
• 对EPIC光谱应用双幂律拟合，包含额外吸收，以建模软X射线光谱曲率。
• 分析时间延迟和光学-射电相关性，以推断喷流方向的变化。
• 首次汇编了历史毫米波光曲线，以评估长期变异性趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 2007–2008年观测到的光学和毫米波爆发是否在时间上相关，表明其起因于喷流活动的共同机制？
• RQ2 喷流方向的变化在多大程度上解释了观测到的变异性，特别是低于8 GHz频率的通量增强消失的现象？
• RQ3 软X射线谱如何随通量演化，这对其是否包含来自吸积盘的热辐射成分有何启示？
• RQ4 尽管连续谱发生变异性，为何近红外光谱中的Hα发射线在通量上保持稳定，提示其与喷流光致电离过程脱耦？
• RQ5 X射线通量是否与光学通量相关，这对其反康普顿辐射区域相对于同步辐射区域的位置有何启示？

主要发现

• 2007年7月至8月期间发生了一次多峰光学爆发，2007年11月至2008年2月间还出现了多次快速事件，伴随多次日内变异性事件。
• 2007年年中开始出现毫米波爆发，其上升阶段与光学增亮同时发生，表明其起因于喷流活动的共同机制。
• 在更高射电频率（高于8 GHz）的通量增加更为缓慢，且未延伸至8 GHz以下，表明喷流方向或束流模式发生了变化。
• 软X射线谱呈现出凹形，且随着通量降低而变得更加弯曲，表明从观测喷流明亮核心逐渐过渡到更多看到来自吸积盘的热辐射‘大蓝凸起’。
• X射线通量与光学通量强烈相关，表明产生光学同步辐射的相同相对论性电子也通过逆康普顿散射将种子光子上移至X射线波段。
• 近红外光谱中的Hα发射线等效宽度几乎恒定（50–120 Å），表明宽线区未被变异性喷流光致电离，而更可能由吸积盘的热辐射电离。