[论文解读] Compton Dominance and the Blazar Sequence

Justin D. Finke|Dec 4, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 5

一句话总结

本文研究了耀变体序列——喷流峰值频率与光度之间的相关性——是物理现象还是因红移测量困难导致的选择效应。利用费米-LAT耀变体数据，研究发现康普顿主导度（康普顿与同步辐射峰值光度之比）与所有耀变体的同步辐射峰值频率相关，包括未测红移的源。作者提出一个简单模型，认为喷流磁场、外部辐射场和喷流视向角可解释观测到的趋势，并预测未来将发现高同步辐射峰值、高光度的耀变体，该预测与观测一致，且排除了参数无相关性的模型。

ABSTRACT

Does the "blazar sequence" exist, or is it a result of a selection effect, due to the difficulty in measuring the redshifts of blazars with both high synchrotron peak frequencies (\gtrsim 10^{15} Hz) and luminosities (\gtrsim 10^{46} erg s^{-1})? We explore this question with a sample of blazars from the Second Catalog of Active Galactic Nuclei (AGN) from the Fermi Large Area Telescope (LAT). The Compton dominance, the ratio of the peak of the Compton to the synchrotron peak luminosities, is essentially a redshift-independent quantity, and thus crucial to answering this question. We find that a correlation exists between Compton dominance and the peak frequency of the synchrotron component for all blazars in the sample, including ones with unknown redshift. We then construct a simple model to explain the blazar properties in our sample, where the difference between sources is due to only the magnetic field of the blazar jet emitting region, the external radiation field energy density, and the jet angle to the line of sight, with the magnetic field strength and external energy density being correlated. This model can reproduce the trends of the blazars in the sample, and predicts blazars may be discovered in the future with high synchrotron peak frequencies and luminosities. At the same time the simple model reproduces the lack of high-synchrotron peaked blazars with high Compton dominances (\gtrsim 1).

研究动机与目标

• 确定耀变体序列是物理相关性还是因红移测量困难导致的选择效应。
• 使用康普顿主导度——一种无需红移的量——作为诊断工具，无需依赖红移来探究耀变体序列。
• 检验在同步辐射峰值频率与光度之间观测到的相关性是否与喷流辐射的物理解释一致。
• 评估替代模型（如蒙特卡洛模拟中参数无相关性）是否能重现观测数据。
• 基于所提模型预测未来将发现高同步辐射峰值、高光度的耀变体。

提出的方法

• 本研究使用费米-LAT第二版活动星系核源表中的耀变体样本，重点关注具有测量或估算康普顿主导度的源。
• 康普顿主导度计算为峰值康普顿光度与峰值同步辐射光度之比，是一种无需红移的度量。
• 构建一个简单物理模型，假设耀变体之间的差异源于喷流磁场强度、外部辐射场能量密度和喷流视向角的变化。
• 该模型假设磁场强度与外部辐射场能量密度之间存在相关性，以重现观测趋势。
• 将该模型与观测到的康普顿主导度-同步辐射峰值频率相关性进行对比，并与参数无相关性的替代模型（如Giommi et al. 2012a）进行比较。
• 该模型预测未来巡天将发现高同步辐射峰值、高光度的耀变体，特别是喷流高度对准视线方向的源。

实验结果

研究问题

• RQ1 耀变体序列是物理相关性，还是因红移测量偏差导致的选择效应？
• RQ2 康普顿主导度是否与所有耀变体的同步辐射峰值频率相关，包括那些未知红移的源？
• RQ3 基于喷流磁场、外部辐射场和视向角的简单模型能否重现观测到的康普顿主导度-同步辐射峰值频率相关性？
• RQ4 假设参数无相关性的模型（如Giommi et al. 2012a）是否预测不存在高康普顿主导度、高同步辐射峰值的耀变体，正如观测所见？
• RQ5 哪些观测特征可用来区分康普顿发射源于外部康普顿散射与同步辐射自康普顿过程的模型？

主要发现

• 在费米-LAT样本的所有耀变体中，康普顿主导度与同步辐射峰值频率之间存在显著相关性，包括红移未知的源。
• 观测中缺乏高康普顿主导度、高同步辐射峰值的耀变体（即无 $A_C \gtrsim 1$ 且 $\nu^{sy}_{pk} \gtrsim 10^{15}$ Hz 的源）排除了参数无相关性的模型，如Giommi et al. (2012a) 所提出的模型。
• 所提出的模型通过关联磁场强度与外部辐射场能量密度，成功重现了康普顿主导度与同步辐射峰值频率的观测趋势。
• 该模型预测未来巡天将发现高同步辐射峰值、高光度的耀变体，特别是喷流高度对准视线方向的源。
• 该模型与当前样本中缺乏明亮、高峰值耀变体的现象一致，表明这些源并非因选择效应而缺失，而是本身稀少或需特定条件。
• 结果支持耀变体序列的物理真实性，康普顿主导度作为稳健的、无需红移的诊断工具，有助于理解喷流物理与吸积模式。