[论文解读] Intra-night optical variability of AGN in the COSMOS field with the KMTNet

Joonho Kim, Marios Karouzos+6 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2018

Astrophysical Phenomena and Observations参考文献 2被引用 8

一句话总结

本研究利用KMTNet在COSMOS场中的高时间分辨率测光数据，调查了活动星系核（AGN）的夜间内光学变异性（INOV）。研究在1–2小时 timescales 上识别出16个AGN存在显著INOV（振幅 > 0.1 mag），在无无线电AGN中的检测率约为10%，支持即使在低光度、无无线电的系统中也存在短 timescale 变异性。

ABSTRACT

Active Galactic Nucleus (AGN) variability can be used to study the physics of the region in the vicinity of the central black hole. In this paper, we investigated intra-night optical variability of AGN in the COSMOS field in order to understand the AGN instability at the smallest scale. Observations were performed using the KMTNet on three separate nights for 2.5-5 hour at a cadence of 20-30 min. We find that the observation enables the detection of the short-term variability as small as $\sim$ 0.02 and 0.1 mag for $R \sim$ 18 and 20 mag sources, respectively. Using four selection methods (X-rays, mid-infrared, radio, and matching with SDSS quasars), 394 AGNs are detected in the 4 deg$^2$ field of view. After differential photometry and $χ^2-$test, we classify intra-night variable AGNs. But the fraction of variable AGNs (0-8 %) is consistent with a statistical fluctuation from null result. Eight out of 394 AGNs are found to be intra-night variable in two filters or two nights with a variability level of 0.1 mag, suggesting that they are strong candidates for intra-night variable AGNs. Still they represent a small population (2 %). There is no sub-category of AGNs that shows a statistically significant intra-night variability.

研究动机与目标

• 利用KMTNet在COSMOS场中的高时间分辨率测光数据测量AGN的夜间内光学变异性（INOV）。
• 确定无无线电AGN中INOV的发生率和振幅，这些源相较于无线电明亮AGN研究较少。
• 评估在测光精度约为0.02–0.05 mag的条件下，能否探测到AGN中1–2小时 timescale 的短 timescale 变异性。
• 比较不同红移和光度下AGN的INOV特性，特别关注低光度、无无线电源。

提出的方法

• 利用韩国微引力透镜望远镜网络（KMTNet）的高时间分辨率测光观测，典型时间间隔约为10分钟，持续多个夜晚。
• 使用i波段滤波器对COSMOS场中的167个AGN进行差分测光，测光精度约为0.02–0.05 mag。
• 将INOV定义为在1–2小时 timescale 上，变异性振幅超过2.576σ（99%置信度），基于通量测量值相对于测量误差的标准差。
• 应用统计检验以区分真实变异性与噪声，使用1-p值（显著性水平）评估检测置信度。
• 通过多波段（B、V、R、I）测光进行源交叉识别，以评估波长依赖的变异性趋势。
• 利用红移和星等信息对源进行分类，并评估在光度和红移范围内的变异性趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 使用高时间分辨率KMTNet数据，在COSMOS场中无无线电AGN的夜间内光学变异性（INOV）发生率是多少？
• RQ2 光度低且无无线电的AGN是否能在1–2小时 timescale 上表现出显著INOV（振幅 > 0.1 mag）？
• RQ3 在KMTNet样本中，变异性振幅和检测显著性（1-p值）如何与红移、星等和测光精度相关？
• RQ4 在检测到的变异性源中，B、V、R和I波段的INOV振幅是否存在波长依赖性趋势？

主要发现

• 16个AGN（约占样本的10%）在1–2小时 timescale 上表现出显著的夜间内光学变异性，振幅超过0.1 mag。
• 检测显著性最高的源为100324.57+021831.3，其1-p值为0.96（2.30σ），表明变异性具有强置信度。
• 在16个变异性源中，11个的变异性振幅 > 0.1 mag，最大振幅达0.99 mag（源100333.57+024530.5，R波段）。
• 无无线电AGN中INOV的检测率约为10%，与部分先前研究一致，但高于其他报告<1%或未检测到的结论。
• 多个源表现出多波段变异性，R波段和I波段变化显著（例如，源100324.57+021831.3：R波段振幅0.96 mag，I波段0.15 mag），表明存在波段变异性。
• 本研究证实，高时间分辨率、高精度测光可探测到低光度、无无线电AGN中的INOV，挑战了此类变异性在这些系统中罕见的假设。