[论文解读] Recent multi-wavelength campaigns in the Fermi-GST era

Lars Fuhrmann|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 3

一句话总结

本文回顾了费米-GST时代开展的多波段（MW）观测活动，聚焦于三颗耀变体——3C 279、PMN J0948+0022 和 3C 454.3——利用费米/LAT与地面/空间设施在全电磁波谱范围内的协同观测。主要成果包括：首次在高光度耀变体中探测到100 MeV以上的光谱转折，3C 454.3在伽马射线、光学与毫米波段之间表现出强烈相关性，以及在爆发状态中观测到准周期性变化与偏振角摆动的证据。

ABSTRACT

Since 2008 the Fermi/LAT instrument has delivered highly time-resolved gamma-ray spectra and detailed variability curves for a steadily increasing number of AGN. For detailed AGN studies the Fermi/LAT data have to be combined with, and accompanied by, dedicated ground- and space-based multi-frequency observations. In this framework, the Fermi AGN team has realized a detailed plan for multi-wavelength campaigns including a large suite of cm/mm/sub-mm band instruments. Many of those campaigns have been triggered, often for sources detected in flaring states. We review here a few interesting results recently obtained during three such campaigns, namely for the flat-spectrum radio quasar 3C 279, the Narrow Line Seyfert 1 PMN J0948+0022 and quasar 3C 454.3.

研究动机与目标

• 通过协调的多波段观测，研究活动星系核（AGN）中伽马射线辐射及其变化的物理机制。
• 结合费米/LAT数据与射电、光学、X射线及TeV观测，确定伽马射线辐射区域的位置与特性。
• 研究全电磁波谱中的光谱演化与变化模式，尤其关注爆发状态下的行为。
• 通过准连续谱能谱分布测试喷流辐射模型，如同步辐射自反Compton（SSC）与外部反Compton（EC）模型。
• 探讨激波与磁场在相对论性喷流中塑造变化与偏振行为中的作用。

提出的方法

• 在费米/LAT探测到伽马射线爆发后，开展针对性及长期的多波段观测，覆盖伽马射线、射电、红外、光学、紫外、X射线及TeV波段。
• 利用由Swift、RXTE、Spitzer、VLBA、EVN、MOJAVE、TANAMI以及切伦科夫望远镜（HESS、VERITAS）等组成的地面与空间仪器网络。
• 对伽马射线、光学与毫米波光变曲线进行时间序列分析与跨波段相关性分析，以识别变化的一致性。
• 通过射电变化与光谱演化测量多普勒因子，并利用同步辐射自吸收与γ-对产生模型进行一致性检验。
• 通过分析光学偏振角摆动，研究3C 279爆发期间磁场重排的机制。
• 采用SSC与EC模型拟合能谱分布，并通过同步辐射转折频率的演化检验喷流内激波特性的模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 3C 454.3的伽马射线谱在100 MeV以上观测到的光谱转折是由什么引起？是电子能谱的本征转折，还是由于光子-光子对产生导致的吸收？
• RQ2 3C 279与3C 454.3中快速伽马射线爆发与其它波段变化之间的关系是什么？这对辐射区域的位置有何启示？
• RQ3 在3C 454.3中，伽马射线、光学与毫米波段观测到的准周期性变化（约20天与60天成分）的起源是什么？
• RQ4 3C 279爆发期间光学偏振角的摆动如何反映磁场重排与喷流动力学的关系？
• RQ5 观测到的毫米/亚毫米波光变曲线与光谱演化在多大程度上支持喷流内激波模型对耀变体变化的解释？

主要发现

• 费米/LAT数据在3C 454.3中揭示了100 MeV以上的光谱转折，可能反映了电子能谱的本征转折，或由光子-光子对产生导致的伽马射线吸收。
• 在3C 454.3中，伽马射线、光学（R波段）与毫米/亚毫米波（SMA、IRAM 30-m）光变曲线之间存在强烈相关性，表明全波段光谱的变化具有相干性。
• 在3C 454.3的伽马射线、光学与毫米波段中均探测到具有快速（≈20天）与慢速（≈60天）成分的准周期性变化，且起止时间一致。
• 在3C 279的第二次伽马射线爆发期间，光学偏振角表现出平滑摆动，表明磁场重排与爆发活动相关。
• 由射电变化得出的多普勒因子（3–9）与光谱建模结果一致，支持相对论喷流的存在。
• 3C 454.3中同步辐射转折频率的演化与喷流内激波模型相符，但Compton相位的偏离表明存在超出简单激波模型的额外物理过程。