[论文解读] Discovery of VHE emission from PKS 0447-439 with H.E.S.S. and MWL studies

A. Zech, B. Behera+14 more|arXiv (Cornell University)|May 4, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 5

一句话总结

本论文报告了利用 H.E.S.S. 切伦科夫望远镜阵列首次探测到 BL Lac 对象 PKS 0447-439 的甚高能（VHE）伽马射线辐射，显著性为 13.8σ。VHE 能谱较软（光子指数 Γ = 4.36 ± 0.49），多波段监测显示存在一个 Fermi LAT 或 VHE 波段未观测到的快速 X 射线耀发，由此得出源红移的 95% 置信度上限为 z < 0.53。

ABSTRACT

Very-high energy (VHE) emission has been detected from PKS 0447-439 with the H.E.S.S. Cherenkov telescope array. This blazar is one of the brightest hard-spectrum extragalactic objects in the Fermi bright source list. Its detection with H.E.S.S. triggered Target of Opportunity observations with the Swift and RXTE telescopes, which show rapid flaring in the X-ray band. The spectrum and light curve measured by H.E.S.S. are presented. Along with the Fermi LAT data it is possible to put an upper limit on the redshift of the source. Implications of the flux evolution are discussed briefly.

研究动机与目标

• 探测并表征 Fermi 明亮源表中一个明亮、高红移的 BL Lac 类型耀变体 PKS 0447-439 的 VHE 伽马射线辐射。
• 研究在活动增强期期间，X 射线、伽马射线和光学波段的多波段变异性。
• 利用结合的 Fermi LAT 和 H.E.S.S. 数据，独立于本征能谱假设，推导出 PKS 0447-439 红移的稳健上限。
• 利用变异性 timescale 和红移上限，约束源中辐射区域的物理参数。

提出的方法

• H.E.S.S. 在 2009 年 11 月至 2010 年 1 月期间，使用模型分析技术收集了 13.5 小时高质量数据，该技术相比标准 Hillas 类型分析可提高显著性。
• 通过前向折叠法提取 VHE 能谱，并利用卡方检验的极大似然拟合方法得到最佳拟合幂律模型，χ²/dof = 21.05/16。
• 通过 Swift 和 RXTE 触发了目标机会（ToO）观测，实现了在 H.E.S.S. 观测期间的同步多波段监测。
• 通过将 Fermi LAT 数据外推至 VHE 能区，利用文献 [9] 中的模型校正河外背景光（EBL）吸收，并与实测 H.E.S.S. 能谱进行比较，推导出红移上限。
• 在 X 射线和光学波段中，使用标准消光系数和柱密度（如 NH = 1.78 × 10²⁰ cm⁻²）考虑了银河系吸收。
• 光 light curves 按日分箱，并采用恒定通量模型拟合以评估变异性，使用 χ²/ndf 评估显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否探测到 PKS 0447-439 的 VHE 伽马射线辐射？其能谱和通量特性如何？
• RQ2 在观测期间，X 射线、伽马射线和光学光 light curves 如何相关，特别是在 X 射线耀发期间？
• RQ3 基于外推的 Fermi LAT 数据与实测 H.E.S.S. 能谱的一致性，PKS 0447-439 的红移上限是多少？
• RQ4 观测到的 MJD 55185（2009 年 12 月 20 日）X 射线耀发是否与可探测的 VHE 或 Fermi-LAT 波段变异性相关？
• RQ5 观测到的变异性 timescale 对源中辐射区域的大小和多普勒因子有何约束？

主要发现

• H.E.S.S. 以 13.8σ 的显著性探测到 PKS 0447-439 的 VHE 伽马射线辐射，确认其为 VHE 源。
• VHE 能谱较软，光子指数为 Γ = 4.36 ± 0.49，1 TeV 处的通量归一化为 (0.23 ± 0.11) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹ TeV⁻¹。
• 2009 年 12 月每日分箱的 250 GeV 以上通量为 (7.9 ± 1.9) × 10⁻¹² cm⁻² s⁻¹，相较于 11 月和 1 月有微弱增加。
• 尽管在 MJD 55185 出现强烈的 X 射线耀发，但 Fermi LAT 光 light curve 和光学波段未检测到显著变异性。
• 结合 Fermi LAT 和 H.E.S.S. 数据，得出在 95% 置信度下红移上限为 z < 0.53，假设在 Fermi 波段之外无本征能谱上翘。
• 对于红移范围 z = 0.176 至 z = 0.53，由一日 X 射线变异性得出约束 Rδ⁻¹ ≤ 1.7 × 10¹⁵ cm，与典型 BL Lac 参数一致。