[论文解读] The intra-day Optical Monitoring of BL Lacerate Object 1ES 1218+304 at Its Highest X-ray Flux Level

S. S. Sun, Hua-Li Li+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 49被引用 1

一句话总结

本研究对高偏振BL Lac对象1ES 1218+304在VERITAS和Swift探测到其历史上最高X射线通量状态期间进行了日内光学监测。利用兴隆天文台GWAC-F60A望远镜在八晚内获取的B和R波段测光数据，研究识别出七晚存在显著的日内变异性，五晚表现出‘越亮越蓝’的色指数趋势，以及初步的准周期振荡；时延分析揭示了正负时延并存，由此估算的黑洞质量为2.8 × 10⁸ M⊙，但若变异性起源于喷流而非吸积盘，则该估算结果无效。

ABSTRACT

We here report a monitor of the BL Lac object 1ES 1218+304 in both B- and R-bands by the GWAC-F60A telescope in eight nights, when it was triggerd to be at its highest X-ray flux in history by the VERITAS Observatory and Swift follow-ups. Both ANOVA and $\chi^2$-test enable us to clearly reveal an intra-day variability in optical wavelengths in seven out of the eight nights. A bluer-when-brighter chromatic relationship has been clearly identified in five out of the eight nights, which can be well explained by the shock-in-jet model. In addtion, a quasi-periodic oscilation phenomenon in both bands could be tentatively identified in the first night. A positive delay between the two bands has been revealed in three out of the eight nights, and a negative one in the other nights. The identfied minimum time delay enables us to estimate the $M_{\mathrm{BH}}=2.8 imes10^7 m M_{\odot}$that is invalid.

研究动机与目标

• 理解1ES 1218+304在历史上最高X射线通量状态下的光学变异性。
• 研究极端活动期间光学波段中‘越亮越蓝’或‘越亮越红’的色指数行为。
• 在光曲线上搜索准周期振荡（QPOs）及B与R波段之间的时延，以探究喷流动力学。
• 评估基于最短变异性 timescale 推导的黑洞质量估算在喷流基底辐射模型背景下的物理有效性。

提出的方法

• 2019年1月7日至14日期间，使用兴隆天文台60 cm的GWAC-F60A望远镜开展多波段光学测光。
• 利用标准星观测对B和R波段测光数据进行还原与定标。
• 应用ANOVA和χ²检验检测每晚光曲线上存在的日内变异性（IDV）。
• 采用z变换离散互相关函数（ZDCF）计算B波段与R波段之间的互相关及时延。
• 利用ZDCF得到的最短时延，结合公式∆t_obs = 10G(1+z)/c³ × M_BH，估算黑洞质量。
• 通过判断变异性是否源于喷流或吸积盘，评估该质量估算的物理有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在最高X射线通量状态下，1ES 1218+304的日内光学变异性水平及其性质如何？
• RQ2 B-R色指数随亮度的变化行为如何演变，其对辐射机制有何启示？
• RQ3 在耀发状态下，光学光曲线上是否存在准周期振荡的迹象？
• RQ4 B波段与R波段光曲线之间的时延是多少，它们揭示了发射区几何结构的何种信息？
• RQ5 能否可靠地利用最短观测变异性 timescale 估算超大质量黑洞质量？该估算是否具有物理合理性？

主要发现

• 通过ANOVA和χ²检验，在八晚中的七晚中明确检测到光学光曲线上存在日内变异性。
• 在八晚中的五晚中识别出‘越亮越蓝’的色指数关系，与喷流中激波模型一致。
• 在首晚的B波段和R波段光曲线上初步识别出准周期振荡（QPOs）。
• 在三晚中观测到B波段相对于R波段的正时延，其余三晚则观测到负时延。
• 观测到的最短时延约为1.5分钟，最大时延超过10分钟。
• 基于最短变异性 timescale 推导出的黑洞质量为2.8 × 10⁸ M⊙，但若变异性源于喷流而非吸积盘，则该估算无效。