[论文解读] Constraining blazars distances with combined GeV and TeV data

E. Prandini, M. Mariotti+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 3, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 5

一句话总结

本文提出了一种更新的方法，通过比较 Fermi/LAT 在 0.1–100 GeV 范围内的 GeV 能谱指数与经过河外背景光（EBL）吸收修正的去吸收超高能（VHE）能谱，来约束红移未知的耀变体的红移。该方法利用推断的红移上限 $ z^* $ 与真实红移之间的线性关系，并在扩展样本上进行了验证；将其应用于 PKS 1424+240 时，得出最可能的红移为 $ 0.26 \pm 0.05 $，与独立的 VERITAS 分析结果一致。

ABSTRACT

Recently, a new method to constrain the distances of blazars with unknown redshift using combined observations in the GeV and TeV regimes has been developed. The underlying assumption is that the Very High Energy (VHE, E > 100 GeV) spectrum corrected for the absorption of TeV photons by the Extragalactic Background Light (EBL) via photon-photon interaction should still be softer than the gamma-ray spectrum observed by Fermi/LAT. The constraints found are related to the real redshifts by a simple linear relation, that has been used to infer the unknown or uncertain distance of blazars. The sample is revised with the up-to-date spectra in both TeV and GeV bands and the method applied to the unknown distance blazar PKS 1424+240 detected at VHE.

研究动机与目标

• 利用结合的 GeV 和 TeV 伽马射线数据，改进红移未知或不确定的耀变体的红移估计。
• 验证最大硬度假说，即 LAT 测量的 GeV 能谱指数对内在 VHE 能谱提供上限。
• 利用更新的 Fermi/LAT 和 VHE 数据，进一步优化推断的红移上限 $ z^* $ 与真实红移 $ z_{\text{true}} $ 之间的线性关系。
• 将该方法应用于高能耀变体 PKS 1424+240，该源红移未知，但被 VERITAS 在 VHE 波段探测到。

提出的方法

• 该方法比较 Fermi/LAT 在 0.1–100 GeV 范围内测量的 GeV 能谱指数 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ 与经过 EBL 吸收修正的去吸收 VHE 能谱。
• 去吸收 VHE 能谱通过 Franceschini EBL 模型推导，应用光学深度 $ \tau(E,z) $ 修正观测到的 TeV 流强。
• 红移 $ z^* $ 确定为去吸收 VHE 能谱与 LAT 能谱指数 $ \Gamma_{\text{LAT}} $ 匹配时的值，作为真实红移的上限。
• 利用已知红移的耀变体对线性拟合 $ z^* = A + B z_{\text{true}} $ 进行校准。
• 通过 $ z_{\text{rec}} = (z^* - A)/B $ 计算重建红移 $ z_{\text{rec}} $，其不确定性通过 $ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ 分布的高斯拟合获得。
• 将该方法应用于 PKS 1424+240，使用 $ \Gamma_{\text{LAT}} = 1.83 \pm 0.03 $，得出 $ z^* = 0.45 \pm 0.15 $，并得到 $ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $。

实验结果

研究问题

• RQ1 结合 GeV 和 TeV 伽马射线数据能否约束红移未知的耀变体的红移？
• RQ2 根据最大硬度假说，LAT 测量的 GeV 能谱指数是否能可靠地提供对内在 VHE 能谱的上限？
• RQ3 当使用更大、更精确的数据集更新后，$ z^* $ 与 $ z_{\text{true}} $ 之间的线性关系是否依然稳健？
• RQ4 PKS 1424+240（一个在 VHE 波段被探测但红移未知的耀变体）的最可能红移是多少？

主要发现

• 最大硬度假说得到证实：所有 $ z^* $ 值均位于或高于 $ z^* = z_{\text{true}} $ 的对角线，表明 $ z^* $ 是真实红移的有效上限。
• 使用更新数据验证了线性关系 $ z^* = A + B z_{\text{true}} $，拟合参数为 $ A = 0.036 \pm 0.014 $ 和 $ B = 1.60 \pm 0.14 $。
• $ \Delta z = z_{\text{true}} - z_{\text{rec}} $ 的分布可用均值为 0、标准差为 $ \sigma = 0.05 $ 的高斯分布良好拟合，表明重建红移的系统不确定性为 $ \pm 0.05 $。
• 对于 PKS 1424+240，该方法得出的重建红移为 $ z_{\text{rec}} = 0.26 \pm 0.05 $，与 VERITAS 使用同步 LAT 数据得出的 $ 0.5 \pm 0.1 $ 估计值一致。
• 线性拟合的低概率（6%）归因于新 LAT 能谱指数误差棒更小，而非新源的引入。
• 两个红移不确定的源（S5 0716+714 和 3C 66A）位于预期的 $ \Delta z $ 分布之外，提示其红移可能存在误差或具有本征异常性。