[论文解读] Blazar Discoveries with VERITAS

J. S. Perkins|arXiv (Cornell University)|Jul 28, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

VERITAS 在四个耀变体中探测到非常高能（VHE）伽马射线辐射，包括两个高频率峰值BL Lacs（1ES 0806+524 和 RGB J0710+591）以及两个中等频率峰值BL Lacs（W Com 和 3C 66A），显著扩展了VHE耀变体星表。对IBLs的探测揭示了耀变体喷流物理及河外背景光吸收的新见解。

ABSTRACT

Blazars are among the most energetic and violent objects in the universe. By observing blazars at very high energies (VHE, E > 100 GeV) we can better understand blazar emission mechanisms, jet structure, black hole accretion and the extragalactic background light (EBL). VERITAS, an array of four 12-meter diameter imaging atmospheric-Cherenkov telescopes, performs VHE studies of blazars through intense monitoring and discovery campaigns. Most blazars known to emit VHE gamma rays are high-frequency-peaked BL Lacertae (HBL) objects, and VERITAS has discovered VHE emission from two of these: 1ES 0806+524 and RGB J0710+591. VERITAS has also discovered VHE gamma rays from two intermediate-frequency-peaked BL Lacertae (IBL) objects: W Com and 3C 66A. The expansion of the VHE catalog to include IBL objects enables a better understanding of the AGN population as a whole. This contribution presents recent results from the VERITAS blazar discovery program.

研究动机与目标

• 通过发现新的VHE辐射耀变体来扩展非常高能（VHE）伽马射线耀变体星表。
• 通过多波段观测和谱谱能量分布（SED）建模研究耀变体的辐射机制。
• 通过测量遥远耀变体VHE光子的谱衰减来探测河外背景光（EBL）。
• 测试VERITAS在探测微弱和扩展源方面的能力，包括视场边缘附近的源。
• 通过比较多台仪器（如VERITAS与MAGIC）的观测结果，解决源定位的歧义。

提出的方法

• 利用VERITAS阵列的四台12米成像大气契伦科夫望远镜对北半球活动星系核（AGN）进行深度监测。
• 通过角度距离分布执行点源分析，识别与点源一致的过量事件。
• 使用幂律拟合模型重建光子能谱，并考虑统计和系统误差。
• 应用Franceschini等人（2008）的EBL吸收模型计算去吸收谱，校正星际光子-光子对产生效应。
• 结合Swift、Chandra和Fermi卫星的多波段观测，构建完整的SED。
• 使用显著性图和光 light curves 检测夜间和爆发时间尺度的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 VERITAS能否探测到中等频率峰值BL Lacs（IBLs）的VHE伽马射线辐射，这类源在VHE星表中较为罕见？
• RQ2 河外背景光（EBL）吸收在多大程度上能解释遥远耀变体（如3C 66A）观测到的软VHE谱？
• RQ3 新发现耀变体（如1ES 0806+524和RGB J0710+591）的谱能量分布（SED）在多大程度上支持同步辐射自康普顿（SSC）辐射模型？
• RQ4 VERITAS能否探测到视场边缘附近的源，例如在观测W Com期间的1ES 1218+304？
• RQ5 VERITAS与MAGIC对3C 66A及其邻近源3C 66B的观测在源定位和谱指数上存在差异，其原因是什么？

主要发现

• VERITAS以6.3σ的显著性探测到1ES 0806+524的VHE伽马射线，能量高于300 GeV的通量为2.2 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹（相当于蟹状星云通量的1.8%），光子指数为3.6 ± 1.0（统计）± 0.3（系统）。
• 对W Com（IBL）的探测显著性为4.9σ（爆发期间达21.2σ），通量为1.99 × 10⁻¹¹ cm⁻²s⁻¹（9.0% Crab），谱指数为3.8 ± 0.4（统计）± 0.3（系统），证实IBLs是VHE辐射体。
• VERITAS以21.2σ的显著性探测到3C 66A（IBL），共检测到1791个过量事件，通量为1.30 × 10⁻¹¹ cm⁻²s⁻¹（6.0% Crab），软谱指数为4.1 ± 0.4（统计）± 0.6（系统）；在假设红移z = 0.444的条件下，经EBL去吸收后谱指数变硬（Γ = 1.1 ± 0.4）。
• VERITAS数据以4.3σ显著性排除3C 66B为VHE源，解决了与MAGIC观测中边缘关联的矛盾，表明2007至2008年间源存在变异性。
• RGB J0710+591（HBL）在22.4小时观测后以6.3σ显著性被探测到，通量为2.7 × 10⁻¹² cm⁻²s⁻¹（1.2% Crab），谱指数为2.8 ± 0.3（统计）± 0.3（系统），证实其距离适中且谱线较硬。
• 对两个IBLs（W Com和3C 66A）的发现将VHE耀变体群体从HBLs扩展至更广的红移和光度范围，为喷流结构和EBL效应研究提供了新可能。