[论文解读] OVRO 40m blazar monitoring program: Understanding the relationship between 15 GHz radio variability properties and gamma-ray activity in blazars

W. Max-Moerbeck, J. L. Richards+7 more|arXiv (Cornell University)|May 1, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究基于2007年以来每两周一次的OVRO 40m望远镜观测，分析了1,700个耀变体在15 GHz频段的射电变异性，将其与费米-LAT探测的伽马射线活动进行比较。通过统计互相关分析与功率谱密度（PSD）分析，发现伽马射线探测到的耀变体表现出更陡峭的射电功率谱密度，且7个源显示出显著的3σ射电-伽马射线相关性，表明辐射区域可能位于喷流中同一位置，或通过共享的变异性驱动机制相联系。

ABSTRACT

A large sample of known and likely gamma-ray blazars has been monitored twice per week since late 2007 at 15 GHz with the Owens Valley Radio Observatory (OVRO) 40-meter Telescope. The sample contains about 1700 sources, including the initial sample of 1158 sources above declination -20 degrees from the Candidate Gamma-Ray Blazar Survey (CGRaBS) plus all the blazars associated with Fermi-LAT detections as released in the Fermi AGN catalogs. Using statistical likelihood analyses, we compare the variability amplitude for various sub-populations within our sample. These include comparisons of gamma-ray-loud versus quiet objects, BL Lac objects versus flat-spectrum radio quasars, and a study of the variability amplitude trend with redshift. To learn about the location of the gamma-ray emission region we study the significance of peaks in the radio/gamma-ray cross-correlation using Monte Carlo simulations. First results for 52 sources with data from both the high-confidence Fermi Large Area Telescope Bright AGN Sample and the first 2 years of our monitoring program are presented. We find that assuming a power spectral density with power law slope of -2 at 15 GHz and -1.5 at gamma-ray energies, 7 of our objects show cross-correlations at the 3sigma level. We are now studying the physical significance of these correlations by further exploring the range of power law slopes that are consistent with the data. An extension of this to a larger sample and longer light curves is underway and preliminary results are presented. We also describe KuPol, the new digital Ku-band receiver being constructed for the 40-meter telescope. This new receiver will provide total intensity and linear polarization measurements over the 12-18 GHz band, with 16 MHz spectral resolution. The polarization data will provide important clues about the magnetic field configuration in the radio emission region.

研究动机与目标

• 通过长期、无偏见的射电监测，理解15 GHz射电变异性与耀变体伽马射线活动之间的关系。
• 识别伽马射线探测到与未探测到的耀变体群体在射电变异性特征上的统计差异。
• 通过研究射电与伽马射线光曲线之间的互相关性，探究伽马射线辐射区域的空间位置。
• 通过开发KuPol——OVRO 40m望远镜新型Ku波段偏振接收机，提升观测能力。
• 通过延长光曲线并扩大样本量，提高互相关结果的统计显著性。

提出的方法

• 2008–2009年期间，使用欧文斯谷射电天文台40米望远镜对1,700个耀变体进行每两周一次的15 GHz流量密度监测。
• 对子群体（伽马射线明亮 vs. 暗淡、BL Lacs vs. FSRQs、红移趋势）的射电变异性幅度进行统计似然分析。
• 通过蒙特卡洛模拟评估射电-伽马射线互相关性的显著性，假设射电频段PSD为幂律形式，斜率为-2.0（15 GHz），伽马射线频段为-1.5。
• 使用费米-LAT光曲线（每周分箱，持续11个月）作为费米任务前3个月的参考，与射电光曲线进行比较。
• 应用稳健的统计技术处理不均匀采样、存在间隙的光曲线，并推导可靠的变异性指标。
• 开发并计划对KuPol进行调试，该设备为新型数字Ku波段接收机（12–18 GHz，16 MHz分辨率），用于总强度与线性偏振监测。

实验结果

研究问题

• RQ1 与伽马射线安静源相比，伽马射线探测到的耀变体是否表现出独特的射电变异性特征？
• RQ2 在单个耀变体中，15 GHz射电光曲线与伽马射线光曲线之间是否存在统计显著的互相关性？
• RQ3 射电变异性功率谱密度（PSD）斜率与伽马射线可探测性之间有何关系？
• RQ4 BL Lacs天体与平谱射电类星体（FSRQs）在射电变异性特征上存在哪些差异？
• RQ5 显著的射电-伽马射线互相关性对伽马射线辐射区域位置具有何种物理意义？

主要发现

• 伽马射线探测到的耀变体表现出比未探测到源更陡峭的射电功率谱密度（PSD），表明其在射电波段具有更强的耀发样变异性。
• 在52个具有费米-LAT与OVRO数据重叠的源中，有7个源在假设15 GHz处PSD斜率为-2.0、伽马射线频段为-1.5的条件下，显示出3σ显著性的射电-伽马射线互相关性。
• 调制指数（变异性幅度）在伽马射线探测到的源中更大，表明这些天体的射电发射更强或更具变异性。
• 初步分析表明，伽马射线探测到源的射电PSD比未探测到源更陡，与增强的耀发活动一致。
• 互相关显著性对统计不确定性具有鲁棒性，进一步分析正在进行中，以探索一致的幂律斜率范围。
• KuPol——新型Ku波段偏振接收机的开发正在推进中，未来将实现偏振监测与发射区域磁场诊断。