[论文解读] Exploring the bulk of the BL Lac object population:1. parsec-scale radio structures

Elisabetta Liuzzo, M. Giroletti+8 more|arXiv (Cornell University)|Sep 11, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 44被引用 6

一句话总结

本研究利用8 GHz和15 GHz的甚长基线干涉测量（VLBA）观测，对42个低红移BL Lacs源进行了首次系统性VLBI调查，未设流量密度限制，以分析毫秒尺度的射电结构。结果表明，大多数源呈现紧凑或单侧喷流结构，其中14/42个源具有费米-LAT伽马射线对应体，揭示了一类暗弱、低紧凑度的BL Lacs群体，其射电谱陡峭且伽马射线发射微弱——这挑战了经典的耀变体理论。

ABSTRACT

Context. The advent of Fermi is changing our understanding on the radio and gamma-ray emission in Active Galactic Nuclei. Contrary to pre-Fermi ideas, BL Lac objects are found to be the most abundant emitters in the gamma-ray band. However, since they are relatively weak radio sources, most of their parsec-scale structure and their multi-frequency properties are poorly understood and/or have not been investigated in a systematically fashion. Aims. Our main goal is to analyze the radio and gamma-ray emission properties of a sample of 42 BL Lacs selected, for the first time in the literature, with no constraint on their radio and gamma-ray flux densities/emission. Methods. Thanks to new Very Long Baseline Array observations at 8 and 15 GHz for the whole sample, we present here fundamental parameters such as radio flux densities, spectral index information, and parsec-scale structure. Moreover, we search for gamma-ray counterparts using data reported in the Second Catalog of Fermi Gamma-ray sources. Results. Parsec-scale radio emission is observed in the majority of the sources at both frequencies. Gamma-ray counterparts are found for 14/42 sources. Conclusions. The comparison between our results in radio and gamma-ray bands points out the presence of a large number of faint BL Lacs showing "non classical" properties such as low source compactness, core dominance, no gamma-ray emission and steep radio spectral indexes. A deeper multiwavelength analysis will be needed.

研究动机与目标

• 调查一个统计完整、流量受限的低红移BL Lacs源样本在毫秒尺度的射电结构。
• 确定这些源的射电与伽马射线辐射特性，特别是那些在射电波段较暗的源。
• 识别并表征具有非经典特性的BL Lacs，如低核心主导性、陡射电谱和缺乏伽马射线发射。
• 评估以往VLBI调查在遗漏暗弱、高频峰值BL Lacs方面的局限性。
• 为更广泛的BL Lacs群体的多波段研究提供基础。

提出的方法

• 对42个低红移BL Lacs源样本在8 GHz和15 GHz频段进行高分辨率甚长基线阵列（VLBA）观测。
• 采用相位参考技术以提高动态范围，并检测暗弱的紧凑结构成分。
• 从VLBA图像中测量总流量密度和核心流量密度、谱指数以及源紧凑度（SC）。
• 将射电源与费米-LAT第二源表进行交叉匹配，以搜索伽马射线对应体。
• 根据射电形态（如未分辨、单侧喷流、弥散晕）和伽马射线关联性对源进行分类。
• 采用标准宇宙学参数（h = 0.71，Ωm = 0.27，ΩΛ = 0.73）进行距离和光度计算。

实验结果

研究问题

• RQ1 在一个完整、流量受限的低红移BL Lacs源样本中，毫秒尺度射电结构的分布如何？
• RQ2 这些BL Lacs的射电与伽马射线特性与经典耀变体模型相比如何？
• RQ3 在费米-LAT巡天中，有多少比例的BL Lacs可通过VLBI在毫秒尺度被探测到？其结构特性为何？
• RQ4 为何许多具有高能辐射的BL Lacs在高分辨率射电巡天中未被探测到？
• RQ5 有多少比例的BL Lacs表现出非经典特性，如低核心主导性、陡射电谱和无伽马射线发射？

主要发现

• 在8 GHz频段，42个源中有38个检测到毫秒尺度射电发射；在15 GHz频段，36个源被检测到，表明广泛存在紧凑或喷流结构。
• 42个源中14个（占33%）在费米-LAT第二源表中具有关联的伽马射线发射，证实其高能活动性。
• 样本中相当一部分源（如J1427+5409、J1510+3335、J1534+3715）表现出低核心主导性（SC ≤ 0.12）和陡射电谱指数（αtot ~ 0.83），表明其具有非经典BL Lacs特性。
• 若干源（包括J1534+3715）在VLBA数据中未检测到可分辨的紧凑核心发射，尽管其具有伽马射线对应体，提示可能存在观测挑战或延伸发射。
• 多个源（如J1428+4240、J1647+2909）观测到单侧喷流，其喷流成分在15 GHz频段的流量密度范围约为2至7.5 mJy。
• 本研究识别出一类暗弱、低紧凑度BL Lacs群体，其射电谱陡峭且伽马射线发射微弱，表明需要更深入的多波段后续观测。