[论文解读] The Cosmic Evolution of Fermi BL Lacertae Objects

M. Ajello, D. Gasparrini+15 more|Sep 30, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 27

一句话总结

本研究迄今提供了最大且最完整的费米望远镜选中的BL Lac对象样本（211个源，其中206个具有红移），通过亮度函数建模揭示了宇宙演化模式。研究发现，除高同步辐射峰值（HSP）BL Lac外，大多数BL Lac类型均表现出正向演化，峰值出现在z ≈ 1.2左右；而HSP BL Lac则表现出强烈的负向演化，峰值出现在z ≲ 0.5，表明其可能代表了合并驱动演化过程中的吸积匮乏终态。

ABSTRACT

Fermi has provided the largest sample of gamma-ray selected blazars to date. In this work we use a uniformly selected set of 211 BL Lacertae (BL Lac) objects detected by it Fermi during its first year of operation. We have obtained redshift constraints for 206 out of the 211 BL Lacs in our sample making it the largest and most complete sample of BL Lacs available in the literature. We use this sample to determine the luminosity function of BL Lacs and its evolution with cosmic time. We find that for most BL Lac classes, the evolution is positive with a space density peaking at modest redshift (z~1.2). The low-luminosity, high-synchrotron peaked (HSP) BL Lacs are an exception, showing strong negative evolution, with number density increasing for z$\lesssim$0.5. Since this rise corresponds to a drop-off in the density of flat-spectrum radio quasars (FSRQs), a possible interpretation is that these HSPs represent an accretion-starved end-state of an earlier merger-driven gas-rich phase. We additionally find that the known BL Lac correlation between luminosity and photon spectral index persists after correction for the substantial observational selection effects with implications for the so called `blazar sequence'. Finally, estimating the beaming corrections to the luminosity function, we find that BL Lacs have an average Lorentz factor of $γ=6.1^{+1.1}_{-0.8}$, and that most are seen within 10$^{\circ}$ of the jet axis.

研究动机与目标

• 利用统一选取的样本，确定费米望远镜选中的BL Lac对象的宇宙演化特性。
• 测量BL Lac的亮度函数（LF）及其随宇宙时间的演化。
• 研究BL Lac演化与平谱射电类星体（FSRQ）演化的关联性。
• 评估观测选择效应对接收的亮度-谱指数相关性（“喷流序列”）的影响。
• 估算束流校正，推断喷流特性，如洛伦兹因子和视线角度。

提出的方法

• 使用费米望远镜首年运行期间统一选取的211个探测到的BL Lac对象样本。
• 为206个源获取了红移限制，使亮度函数建模更加稳健。
• 对亮度函数应用了纯亮度演化（PLE）和亮度依赖密度演化（LDDE）模型。
• 通过蒙特卡洛模拟估算参数不确定性及置信区间。
• 利用模拟源分布和通量极限，对观测选择效应进行校正。
• 通过与各向同性亮度比较并推断喷流洛伦兹因子，估算束流校正。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同同步辐射峰值频率类别的BL Lac对象的空间密度如何随宇宙时间演化？
• RQ2 BL Lac的亮度函数性质为何？其在亮度和密度上的演化特征如何？
• RQ3 为何高同步辐射峰值（HSP）BL Lac表现出负向演化？其与FSRQ演化的对比如何？
• RQ4 观测选择效应在多大程度上影响了亮度与光子谱指数之间观测相关性？
• RQ5 基于亮度函数的束流校正，可推断出的喷流特性（如洛伦兹因子、视线角度）为何？

主要发现

• 大多数BL Lac类别表现出正向宇宙演化，空间密度在红移z ≈ 1.2处达到峰值。
• 高同步辐射峰值（HSP）BL Lac表现出强烈的负向演化，数量密度在z ≲ 0.5时增加，表明其与高红移BL Lac群体不同。
• 在修正选择效应后，亮度与光子谱指数之间的观测相关性依然存在，支持“喷流序列”存在的可能性。
• 亮度函数暗示平均洛伦兹因子为γ = 6.1⁺¹.¹₋₀.⁸，表明大多数BL Lac位于喷流轴线10°以内。
• HSP BL Lac在高红移处密度下降与FSRQ密度上升相关，表明HSP可能代表了合并驱动演化阶段中吸积匮乏的终态。
• LDDE模型对数据的拟合最佳，最佳拟合参数表明HSP的密度转折点出现在z ≈ 1.4–1.6，而其他类别的转折点出现在更低红移。