[论文解读] Intrinsic spectra of H.E.S.S. blazars : what would we see without EBL absorption

C. Romoli, D. A. Sanchez⋆+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 3, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究通过使用模型无关的EBL测量方法校正银河系外背景光（EBL）吸收，重建了H.E.S.S.耀变体的本征超高能（VHE）伽马射线谱。结合H.E.S.S.与Fermi-LAT数据，对大多数源得出了谱截止能量的95%置信水平下限，仅三个明亮耀变体在νf(ν)表示中显示出受约束的峰值能量，揭示了活动星系核喷流中VHE辐射机制的见解。

ABSTRACT

The vast majority of extragalactic sources detected in the very high energy (E> 100 GeV) domaine are active galactic nuclei (AGN) located at cosmological distances. During their travel towards Earth, the emitted gamma-rays suffer from absorption by the extragalactic background light (EBL). The density of the EBL is not very well constrained by direct or indirect measurement which leads to uncertainties on the intrinsic spectrum of the sources. High-quality AGN spectra obtained with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) have been used to perform a model-independent measurement of the EBL spectral energy distribution. While the precision of this measurement remains limited, it reflects the sensitivity of H.E.S.S. alone to the EBL and offers the possibility to access the intrinsic spectra of AGNs in a consistent manner, taking into account the derived uncertainties on the EBL spectral energy distribution. In this contribution, we study the intrinsic spectra as measured by H.E.S.S. and by the Fermi Large Area Telescope (LAT) of several blazars of the H.E.S.S. sky. This provides the opportunity to have new insight into the emission processes at play in the jets of AGN. The data presented consist of monitoring data of quiescent state of blazars and also bright blazar flares, such as PKS~2155-304, Mrk~421, recorded by H.E.S.S.

研究动机与目标

• 通过校正EBL吸收，确定H.E.S.S.耀变体的本征VHE伽马射线谱，该吸收会扭曲观测谱。
• 通过使用基于H.E.S.S.数据导出的、模型无关的EBL能谱分布测量，减少本征源谱的不确定性。
• 研究耀变体的能谱分布（SED），特别是νf(ν)表示中的峰值能量与通量，以探究活动星系核喷流中的辐射机制。
• 结合同时期的Fermi-LAT与H.E.S.S.数据，提高谱拟合精度，并对谱截止获得稳健约束。
• 通过在贝叶斯推断方法中考虑推导出的EBL不确定性，为获取本征源属性提供一致的框架。

提出的方法

• 使用贝叶斯推断模型联合拟合H.E.S.S.与Fermi-LAT数据，假设采用幂律加指数截断（PLEC）谱模型。
• 应用贝叶斯展开技术，独立于任何谱模型提取H.E.S.S.谱点，保留统计相关性。
• 使用来自同一H.E.S.S.数据集的EBL能谱分布对H.E.S.S.数据进行校正，不确定性以平方和方式叠加。
• 对谱截止能量E_c施加与1/E_c成比例的先验分布，以偏好物理上合理的值并确保收敛性。
• 基于通量点的多变量正态分布构建似然函数，整合统计不确定性与EBL引起的不确定性。
• 对9个耀变体进行谱拟合，使用8年Fermi-LAT数据与H.E.S.S.观测数据，包括平静状态和爆发事件（如PKS 2155-304）。

实验结果

研究问题

• RQ1 校正EBL吸收后，H.E.S.S.耀变体的本征VHE伽马射线谱是什么？
• RQ2 当使用简单幂律（PL）、对数抛物线（LP）或幂律加指数截断（PLEC）模型拟合时，H.E.S.S.耀变体的本征谱如何比较？
• RQ3 哪些耀变体在νf(ν)表示中的谱峰能量（E_peak）被Fermi-LAT与H.E.S.S.数据联合约束？其余源的下限值是多少？
• RQ4 所研究耀变体的谱截止能量E_c在95%置信水平下的下限是多少？其与SED中峰值通量的相关性如何？
• RQ5 在谱拟合过程中包含EBL不确定性如何影响本征源谱重建的可靠性？

主要发现

• 当仅使用H.E.S.S.数据拟合时，大多数H.E.S.S.耀变体的本征谱可用简单幂律（PL）良好描述，表明在仅VHE波段中无强证据支持谱截止的存在。
• 在所研究的九个耀变体中，仅有三个——1ES 0229+200、1ES 0347-121和1ES 1101-232——的谱峰能量（E_peak）在νf(ν)表示中被Fermi-LAT与H.E.S.S.数据联合约束，其E_peak值分别为0.52 TeV、0.33 TeV和0.4 TeV。
• 对于其余六个源，本研究推导出95%置信水平下E_c的下限，范围从1ES 0414+009的0.45 TeV到1ES 0229+200的1.63 TeV。
• νf(ν)表示中的峰值通量范围为0.70 × 10⁻⁸ TeV cm⁻² s⁻¹（1ES 1312-423）至1.72 × 10⁻⁸ TeV cm⁻² s⁻¹（1ES 1101-232），最高通量与约束最紧的源相关联。
• 贝叶斯模型证实，对E_c施加的先验（1/E_c）能有效抑制不合理的高值，并确保谱截止推断的稳健性。
• 结果表明，H.E.S.S.与Fermi-LAT数据的结合可实现本征谱的一致、模型无关的重建，且EBL不确定性在分析中得到正确传播。