[论文解读] The variability of the quasar 3C 273: a radio to gamma-ray view

S. Soldi, V. Beckmann+1 more|ArXiv.org|Dec 11, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用 3

一句话总结

本研究分析了费米/LAT在类星体3C 273上观测的前15个月数据，揭示了强烈的伽马射线变异性，平均通量为1.4×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹，2009年9月爆发期间峰值通量达5.6×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹。爆发期间观测到的谱硬化表明逆康普顿峰向更高能量移动，暗示喷流中可能存在多组分辐射过程，伽马射线在电磁波谱中表现出最大的通量变化。

ABSTRACT

We have analysed the first 15 months of Fermi/LAT data of the radio loud quasar 3C 273. Intense gamma-ray activity has been detected, showing an average flux of F(> 100 MeV) = 1.4e-6 ph/cm^2/s, with a peak at F(> 100 MeV) = 5.6e-6 ph/cm^2/s detected during a flare in September 2009. Together with the brightening of the source, a possible hardening of the gamma-ray spectrum is observed, pointing to a shift of the inverse Compton peak toward higher energies than the 1-10 MeV range in which 3C 273 inverse Compton emission is typically observed to peak. During the 15 months of observations the photon index is measured to vary between 2.4 and 3.3, with an average value of 2.78 +/- 0.03. When compared to the observations at other wavelengths, the gamma-rays show the largest flux variations and we discuss the possibility that two different components are responsible for the inverse Compton hump emission below and above the MeV peak.

研究动机与目标

• 利用迄今最全面的长期数据集，研究3C 273从射电至伽马射线波段的多波段变异性。
• 通过分析电磁波谱中的相关性，确定3C 273高能伽马射线辐射的起源。
• 检验观测到的伽马射线变异性与谱变异性是否可由喷流中单一或多个辐射组分解释。
• 阐明这一广泛研究的类星体中伽马射线爆发、毫米波活动与光学变异性之间的关联。
• 评估硬X射线与伽马射线辐射是否源自同一电子种群，或来自喷流中不同区域。

提出的方法

• 分析费米/LAT覆盖前15个月观测的数据显示，重点研究光变曲线与能谱分布（SED）的演化。
• 将伽马射线光变曲线与同时段的射电（1.3 mm）、光学及X射线数据进行互相关分析，以识别时间关联关系。
• 测量>100 MeV能量 band中光子指数Γ与通量变化，以评估谱变异性。
• 将伽马射线变异性与EGRET、INTEGRAL、AGILE及多波段观测计划的历史数据进行比较，识别长期趋势。
• 利用ISDC 3C 273多波段数据库，该数据库涵盖长达40年、能量范围达17个数量级的数据，为费米观测提供背景参照。
• 在不同能量波段进行谱拟合与变异性幅度分析，以识别变异性 timescales 与幅度的差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 在费米/LAT运行的前15个月中，3C 273所观测到的强烈伽马射线变异性本质为何？
• RQ2 2009年9月爆发期间观测到的谱硬化是否表明逆康普顿组分的峰值能量向更高能量移动？
• RQ3 3C 273中的硬X射线与伽马射线辐射是否由同一电子种群产生，或来自不同组分？
• RQ4 伽马射线波段的变异性 timescales 与幅度与X射线、光学及射电波段相比如何？
• RQ5 是否存在伽马射线爆发、毫米波喷流中的超光速结喷出事件与光学爆发事件之间的因果关联？

主要发现

• 3C 273在>100 MeV波段的平均伽马射线通量为1.4×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹，2009年9月一次重大爆发期间峰值通量达5.6×10⁻⁶ ph cm⁻² s⁻¹。
• 光子指数Γ在2.4至3.3之间变化，平均值为2.78±0.03，表明存在显著的谱变异性。
• 2009年9月爆发期间谱硬化迹象表明，逆康普顿峰可能已向高于典型1–10 MeV范围的能量移动。
• 伽马射线变异性在电磁波谱中表现出最大幅度，超过X射线、光学与射电波段的变化。
• 硬X射线（20–70 keV）与1.3 mm射电光变曲线之间未观测到显著短 timescale 相关性，表明其辐射机制可能相互独立。
• 伽马射线爆发与光学/毫米波变异性之间存在相关性——特别是超光速结喷出与伽马射线爆发之间存在约70天的延迟——支持高能辐射源于喷流的结论。