[论文解读] Blazar Compton efficiencies: Fermi, external photons and the Sequence

J. A. Gupta, I. W. A. Browne+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究通过分析康普顿效率（衡量喷流功率转化为反康普顿辐射的效率）来检验外部光子是否增强耀变体中的伽马射线辐射，使用的是Fermi-LAT和CRATES数据。研究发现，FSRQ与BL Lacs之间的康普顿效率无显著差异，且与同步辐射峰值频率之间无反相关性，表明与同步辐射自康普顿过程相比，外部康普顿散射在能量上并不重要，这与耀变体序列理论的预测相矛盾。

ABSTRACT

The Fermi-LAT survey provides a large sample of blazars selected on the strength of their inverse Compton emission. We cross-correlate the first Fermi-LAT catalogue with the CRATES radio catalogue and use this sample to investigate whether blazar gamma-ray luminosities are influenced by the availability of external photons to be up-scattered. Using the 8.4 GHz flux densities of their compact radio cores as a proxy for their jet power, we calculate their Compton Efficiency parameters, which measure the ability of jets to convert power in the form of ultra-relativistic electrons into Compton gamma-rays. We find no clear differences in Compton efficiencies between BL Lac objects and FSRQs and no anti-correlation between Compton efficiency and synchrotron peak frequency. This suggests that the scattering of external photons is energetically unimportant compared to the synchrotron self-Compton process. These results contradict the predictions of the blazar sequence.

研究动机与目标

• 检验外部光子的可获得性是否影响耀变体中的伽马射线亮度，特别是FSRQ与BL Lacs之间的差异。
• 评估耀变体序列假说的有效性，该假说预测外部康普顿散射应降低同步辐射峰值频率并提高FSRQ的康普顿效率。
• 确定康普顿效率是否与同步辐射峰值频率相关，如耀变体序列所预测。
• 评估选择效应或样本不完整是否对结果产生偏差，特别是针对弱射电源。
• 通过定义明确的康普顿效率参数，提供一种更直接的喷流能量转化为伽马射线的度量方法。

提出的方法

• 将Fermi-LAT 1FGL星表与CRATES射电星表进行交叉相关，以识别耀变体对应体。
• 使用8.4 GHz的紧凑核心流量密度作为喷流功率的代理，以计算康普顿效率，其定义为伽马射线亮度与喷流功率的比值。
• 基于光学光谱特征将源分类为FSRQ与BL Lacs。
• 分析FSRQ与BL Lacs中康普顿效率的分布，检验其差异以及与同步辐射峰值频率的相关性。
• 通过排除弱射电源并评估其对结果的影响，评估潜在的选择偏差。
• 使用统计分析检验康普顿效率与同步辐射峰值频率之间是否存在反相关性，特别是在FSRQ群体中。

实验结果

研究问题

• RQ1 根据耀变体序列理论，FSRQ的康普顿效率是否显著高于BL Lacs？
• RQ2 如果外部康普顿散射在FSRQ中占主导地位，康普顿效率与同步辐射峰值频率之间是否存在反相关性？
• RQ3 不完整射电巡天导致的选择效应在多大程度上偏差了观测到的康普顿效率分布？
• RQ4 在FSRQ群体中，观测到的无反相关性是否对样本选择偏差具有鲁棒性？
• RQ5 若未观测到预期的相关性，是否意味着外部康普顿散射在耀变体伽马射线辐射中并非能量上占主导？

主要发现

• 在FSRQ与BL Lacs之间未发现康普顿效率的显著差异，这与FSRQ因拥有丰富外部光子而应具有更高效率的预期相矛盾。
• 未观测到康普顿效率与同步辐射峰值频率之间的反相关性，这直接挑战了耀变体序列的核心预测。
• 在BL Lacs单独分析中，观测到康普顿效率与同步辐射峰值频率呈正相关，提示可能揭示了内部喷流物理的线索。
• 即使在排除弱射电源后，预期无反相关性依然成立，表明其不太可能是样本不完整所致。
• 结果表明，外部康普顿散射在耀变体伽马射线辐射中并非能量上占主导，而同步辐射自康普顿过程可能占主导地位。
• 研究结果表明，BL Lacs与FSRQ可能是物理上不同的群体，或耀变体序列所基于的假设需要修订。