[论文解读] Highlights from the Whipple 10-m Blazar Monitoring Program

Ana Pichel|arXiv (Cornell University)|Jul 31, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 6

一句话总结

本文利用Whipple 10米望远镜对五颗耀变体——Mrk 421、Mrk 501、H 1426+428、1ES 1959+650 和 1ES 2344+514——进行了长期甚高能（VHE）伽马射线监测，实时爆发警报触发了VERITAS阵列的后续观测。主要成果包括在Mrk 421中探测到一次有史以来记录到的最明亮的VHE爆发之一（通量达~10 Crab），以及在Mrk 501中观测到显著的多波段变异性，为检验同步辐射自Compton（SSC）和强子发射模型提供了关键数据。

ABSTRACT

Approximately 25 blazars are know to emit VHE (E>100 GeV) gamma rays. Understanding these powerful objects requires long-term, intense, monitoring observations since they exhibit strong, rapid and irregular variability across the entire electromagnetic spectrum. The Whipple 10-m Gamma-ray Telescope, the world's fourth most sensitive VHE telescope, is used primarily to perform such monitoring in the VHE band. The 10-m monitoring program focuses in particular on Mrk 421, Mrk 501, H 1426+428, 1ES 1959+650 and 1ES 2344+514, with observations performed every moonless night that each source is visible. Upon detection of a flare, alerts are sent to VERITAS and the astronomical community to trigger ToO observations, as was the case for one of the brightest-ever VHE flares of Mrk 421 in 2008. In addition to flaring alerts, the 10-m program is used to create long-term light curves, with unprecedented VHE sampling, that can be combined with other multi-frequency observations to better understand blazars. Highlights from the recent Whipple 10-m blazar program will be presented.

研究动机与目标

• 通过长期、高时间分辨率监测，理解VHE辐射耀变体中的辐射机制。
• 探测并表征已知VHE耀变体中TeV伽马射线通量的快速、不规则变异性。
• 通过触发目标机会（ToO）警报，实现对VERITAS阵列及更广泛天文界的及时后续观测。
• 编制高灵敏度、长基线的光 light curves，用于多波段相关性研究。
• 通过多频段数据检验同步辐射自Compton（SSC）和强子发射模型的预测。

提出的方法

• 当目标耀变体在地平线上方55°以上且处于无月、晴朗天空时，Whipple 10米望远镜对五颗关键耀变体进行每晚的ON-OFF模式和TRK模式观测。
• ON-OFF模式通过配对的源点和背景点观测，减去背景宇宙射线事件，最大限度减少大气系统误差。
• 在变异性或云量较多的条件下使用TRK模式，通过偏轴事件分布估算背景。
• 混合使用不同观测模式，在统计精度与系统误差控制之间取得平衡。
• 实时检测爆发活动，并发出警报，触发VERITAS阵列的ToO观测。
• 从射电（Metsahovi）、光学（GASP）、X射线（RXTE）和伽马射线（Whipple与VERITAS）数据中汇编多波段光 light curves，用于跨能量相关性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在Mrk 421和Mrk 501中观测到的极端快速VHE伽马射线通量变异性具有何种本质？
• RQ2 在爆发状态下，不同能量波段（射电至TeV）的通量变化如何相互关联？
• RQ3 观测到的光 light curves 在多大程度上支持同步辐射自Compton（SSC）模型而非强子发射模型？
• RQ4 长期、高时间分辨率的VHE监测能否揭示此前未被探测到的变异性 timescales 或状态？
• RQ5 实时爆发警报在实现VERITAS阵列高时间分辨率后续观测方面的有效性如何？

主要发现

• 2008年5月2日，Mrk 421爆发了一次VHE伽马射线耀发，通量达到~10 Crab，是有史以来记录到的最明亮爆发之一，通量在五分钟内翻倍。
• Whipple 10米望远镜于2008年5月2日探测到Mrk 421的通量达到5.5 Crab，随后在数分钟内迅速下降并恢复，触发了VERITAS的ToO观测。
• 2009年5月1日，Mrk 501出现一次短暂的高状态爆发，显著性达19σ，通量约为5 Crab，在2.45小时的观测中被探测到。
• 2008年3月至5月的多波段监测显示，变异性随能量增加而增强，TeV能量段观测到最大的通量变化。
• 2008年多波段观测活动显示，X射线（2–10 keV）与伽马射线通量变化之间无显著相关性，对简单SSC模型构成挑战。
• 1ES 2344+514在58.6小时有效观测时间内以4.8σ显著性被探测到，VERITAS于2007年12月7日探测到一次强耀发，通量达蟹状星云通量的48%。