[论文解读] The Blazar Spectral Energy Distribution Sequence Model of the Diffuse Gamma-Ray Background and its Implications for Dark Matter Detection

Kevork N. Abazajian, Steve Blanchet+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 1

一句话总结

本文提出了一种亮度依赖的密度演化模型来解释费米-LAT观测到的弥漫伽马射线背景（DGRB）。通过将耀变体的能谱分布与亮度关联，并拟合源数分布，该模型表明耀变体和非耀变体活动星系核可完全解释DGRB，预测费米-LAT在5年内将超过95%的耀变体流量解析为点源，使DGRB减少2–3倍，从而降低对暗物质湮灭信号的敏感度。

ABSTRACT

We examine the constraints on the luminosity-dependent density evolution model for the evolution of blazars given the observed spectrum of the diffuse gamma-ray background (DGRB), blazar source-count distribution, and the blazar spectral energy distribution sequence model, which relates the observed the blazar spectrum to its luminosity. We show that the DGRB observed by the Large Area Telescope (LAT) aboard the Fermi Gamma Ray Space Telescope can be produced entirely by gamma-ray emission from blazars and nonblazar active galactic nuclei, and that our blazar evolution model is consistent with and constrained by the spectrum of the DGRB and flux source-count distribution function of blazars observed by Fermi-LAT. Our results are consistent with previous work that used EGRET spectral data to forecast the Fermi-LAT DGRB. The model includes only three free parameters, and forecasts that >~ 95% of the flux from blazars will be resolved into point sources by Fermi-LAT with 5 years of observation, with a corresponding reduction of the flux in the DGRB by a factor of ~2 to 3 (95% confidence level), which has implications for the Fermi-LAT's sensitivity to dark matter annihilation photons.

研究动机与目标

• 使用观测到的弥漫伽马射线背景（DGRB）谱来约束耀变体的亮度依赖密度演化模型。
• 检验耀变体和非耀变体活动星系核是否能完全解释费米-LAT测量的DGRB。
• 评估耀变体演化对通过剩余DGRB流量探测暗物质湮灭光子的影响。
• 预测费米-LAT在5年观测期内将多少比例的耀变体流量解析为点源。
• 将模型复杂度降低至仅三个自由参数，同时保持与DGRB和源数分布数据的一致性。

提出的方法

• 利用耀变体能谱分布（SED）序列模型，将观测到的耀变体谱与它们的亮度相关联。
• 应用亮度依赖的密度演化模型来描述耀变体种群的宇宙演化。
• 将SED序列模型与费米-LAT数据中观测到的耀源流量源数分布函数相结合。
• 对红移和亮度进行积分，以计算对DGRB的总贡献。
• 将模型预测的DGRB谱与费米-LAT观测到的谱进行比较，以约束模型参数。
• 预测在费米-LAT观测5年后，未解析的耀变体流量中将有多少比例被解析为点源。

实验结果

研究问题

• RQ1 观测到的弥漫伽马射线背景（DGRB）能否被耀变体和非耀变体活动星系核的伽马射线辐射完全解释？
• RQ2 耀变体的亮度依赖密度演化模型如何约束DGRB谱和源数分布？
• RQ3 费米-LAT在5年观测后将多少比例的耀变体流量解析为点源？
• RQ4 耀变体流量的解析在多大程度上减少了剩余DGRB流量，对暗物质探测有何影响？
• RQ5 基于SED序列和源数分布数据的三参数模型，其对观测到的DGRB的再现程度如何？

主要发现

• 费米-LAT观测到的弥漫伽马射线背景（DGRB）可完全由耀变体和非耀变体活动星系核的伽马射线辐射解释。
• 耀变体演化模型与费米-LAT观测到的DGRB谱和耀变源流量源数分布函数均一致。
• 该模型预测，在95%置信水平下，费米-LAT在5年观测后将超过95%的耀变体流量解析为点源。
• 该解析将使DGRB流量减少约2至3倍，具体取决于模型参数。
• 由于源解析导致的DGRB流量减少，意味着对费米-LAT探测暗物质湮灭光子的敏感度将显著降低。
• 该模型仅使用三个自由参数即与观测保持一致，提升了其预测能力和简洁性。