[论文解读] IGR J18249-3243: a new GeV-emitting FR II and the emerging population of high energy radio galaxies

G. Bruni, L. Bassani+11 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2022

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 67被引用 6

一句话总结

本论文利用多波段数据将IGR J18249–3243重新分类为一种新型GeV辐射FR II型射电星系，表明其高能辐射最合理的解释是喷流外侧瓣中的逆康普顿散射，而非喷流辐射。通过深度射电巡天，识别出八个新的高能射电星系，揭示了一类正对准的活动星系核正在贡献于GeV天空。

ABSTRACT

The advent of new all-sky radio surveys such as the VLA Sky Survey (VLASS) and the Rapid ASKAP Continuum Survey (RACS), performed with the latest generation radio telescopes, is opening new possibilities on the classification and study of extragalactic $\gamma$-ray sources, specially the underrepresented ones like radio galaxies. In particular, the enhanced sensitivity (sub-mJy level) and resolution (a few arcsec) provides a better morphological and spectral classification. In this work, we present the reclassification of a Fermi-LAT source as a new FRII radio galaxy from the INTEGRAL sample found to emit at GeV energies. Through a broad-band spectral fitting from radio to $\gamma$-ray, we find that the commonly invoked jet contribution is not sufficient to account for the observed $\gamma$-ray flux. Our modeling suggests that the observed emission could mainly originate in the lobes (rather than in the radio core) by inverse Compton scattering of radio-emitting electrons off the ambient photon fields. In addition, we cross-correlated the latest generation radio surveys with a list of Fermi-LAT objects from the literature considered to be candidate misaligned AGN, finding four new radio galaxies with a double-lobed morphology. Additional four objects could be classified as such thanks to previous studies in the literature, for a total of nine new radio galaxies with GeV emission presented in this work. We foresee that further objects of this class might be found in the near future with the advent of the Square Kilometer Array (SKA), populating the GeV sky.

研究动机与目标

• 利用多波段数据将IGR J18249–3243重新分类为高能射电星系。
• 研究其GeV辐射的起源，挑战喷流辐射占主导的传统假设。
• 利用下一代射电巡天识别具有GeV辐射的新射电星系。
• 表征高能射电星系群体，以理解其在GeV天空中的作用。
• 评估非喷流方向活动星系核中通过逆康普顿散射产生的瓣辐射的贡献。

提出的方法

• 从射电波段到伽马射波段进行全波段能谱能量分布（SED）拟合。
• 利用Fermi-LAT光 light curves 和通量测量识别IGR J18249–3243的GeV辐射。
• 应用VLASS、RACS和LoTSS巡天解析射电结构，将源分类为双瓣型。
• 建模射电辐射电子在星系瓣中与周围光子场相互作用产生的逆康普顿辐射。
• 将Fermi-LAT 4FGL源与射电巡天数据交叉比对，识别候选非喷流方向活动星系核。
• 应用宇宙学参数（H₀ = 71 km/s/Mpc，Ω = 0.27，ΩΛ = 0.73）和谱指数惯例 S ∝ ν^α。

实验结果

研究问题

• RQ1 Fermi-LAT源IGR J18249–3243的真实本质是什么？为何其在GeV能量段辐射？
• RQ2 基于瓣的逆康普顿散射能否解释FR II型射电星系中观测到的GeV流量？
• RQ3 在现代射电巡天中，尚不为人知的高能射电星系有多少？
• RQ4 在INTEGRAL活动星系核样本中，有多少比例的射电星系表现出GeV辐射？其特征有何不同？
• RQ5 像VLASS和RACS这样的新一代射电巡天在多大程度上揭示了此前隐藏的高能射电星系群体？

主要发现

• IGR J18249–3243被重新分类为一种新型FR II型射电星系，其GeV伽马射线通量为3.8 ± 0.81 × 10⁻¹² erg cm⁻² s⁻¹，光子指数为2.227 ± 0.122。
• 观测到的GeV辐射无法仅由喷流贡献解释；瓣中射电电子与周围光子场发生逆康普顿散射的模型拟合更优。
• 利用VLASS和RACS数据识别出四个具有双瓣结构和GeV辐射的新射电星系。
• 通过文献回顾进一步确认了另外四个射电星系，使新识别的高能射电星系总数达到八个。
• 在INTEGRAL活动星系核样本中，伽马射线检测率为20 ± 5%，其中45%的射电星系被Fermi/LAT探测到。
• 尽管投影线性尺寸较小，新发现的射电星系仍表现出与已知源相似的GeV特性，暗示喷流方向存在偏好。