[论文解读] VERITAS detection of VHE emission from the optically bright quasar OJ 287

S. O’Brien|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 5

一句话总结

VERITAS 在2017年初多波段活动增强期间，以9.7σ的显著性检测到类星体OJ 287的甚高能（VHE）伽马射线辐射，这是该源的首次VHE探测。平均VHE能谱符合幂律谱，谱指数为Γ = 3.49 ± 0.28；SED分析显示，在明亮状态期间，逆康普顿峰能量向更高能量移动，表明辐射区域的条件与以往观测相比发生了变化。

ABSTRACT

We report on the VERITAS detection of very-high-energy (VHE, $E > 100~\\mathrm{GeV}$) $\\gamma$-ray emission from the optically bright quasar OJ 287 which is located at a redshift of z = 0.306. OJ 287 has been observed to display regular optical outbursts with a period of approximately 12 years, with the last major optical outburst having occurred in 2015. To explain this periodicity, models involving a binary supermassive black hole system at the core of OJ 287, or a helical jet, have been developed. Motivated by elevated Swift-XRT count rates, VERITAS observed OJ 287 in February 2017, and detected the object at >5 standard deviations above background. This detection prompted further VERITAS, Swift-XRT and multiwavelength observations of the object. The results of the VERITAS observational campaign are presented.

研究动机与目标

• 检测OJ 287在已知12年光学爆发周期的明亮类星体中是否存在VHE伽马射线辐射。
• 研究OJ 287在X射线和光学活动增强期间的多波段变异性。
• 研究OJ 287在VHE明亮状态下的能谱分布（SED），并与先前观测结果，特别是3FGL Fermi-LAT谱进行比较。
• 评估VHE流量的变异性及其与X射线和高能伽马射线活动的相关性。
• 检验OJ 287中VHE辐射的模型，特别是涉及双超大质量黑洞系统或喷流不稳定性的情况。

提出的方法

• VERITAS是由四台12米成像大气契伦科夫望远镜组成的阵列，于2016年12月至2017年3月期间对OJ 287进行观测，目标观测由Swift-XRT X射线率升高触发。
• 数据使用两个标准VERITAS分析软件包处理，采用为软谱源优化的提升决策树（BDT）截断，以增强对VHE辐射的灵敏度。
• 对过量计数图进行二维高斯拟合，得到的源位置与OJ 287的射电位置一致，显著性为9.7σ。
• 时间平均微分能谱通过幂律模型拟合，不同观测期的能谱分布函数（SEDs）也被构建。
• 谱拟合采用VHE数据的幂律模型和Swift-XRT数据的吸收幂律模型，银河系氢柱密度固定为2.49 × 10²⁰ cm⁻²。
• 通过将恒定流量模型应用于三个观测期的逐日VHE光 light curves 进行χ²检验，评估变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在多波段活动增强期间，是否检测到OJ 287的VHE伽马射线辐射？
• RQ2 OJ 287在VHE明亮状态下的能谱分布（SED）与之前观测到的SED相比如何，特别是与3FGL Fermi-LAT谱相比？
• RQ3 VHE流量的变异性 timescale 是多少？是否与X射线和高能伽马射线活动相关？
• RQ4 观测到的VHE辐射是否支持涉及双超大质量黑洞系统或OJ 287中喷流不稳定的模型？
• RQ5 在VHE明亮状态期间，逆康普顿组分的峰值能量位于何处？与早期观测相比有何不同？

主要发现

• VERITAS以9.7σ的显著性检测到OJ 287的VHE伽马射线辐射，最佳拟合位置与类星体的射电坐标一致。
• 在100 GeV至560 GeV能量范围内，时间平均VHE能谱最符合幂律模型，谱指数为Γ = 3.49 ± 0.28。
• 在VHE明亮期（第二阶段），SED显示逆康普顿峰能量较3FGL Fermi-LAT谱向更高能量移动，表明辐射区域条件发生变化。
• 在第二阶段与第三阶段之间，VHE流量下降了60%，与Swift-XRT X射线计数率的下降相关，表明存在多波段变异性。
• VHE流量变异性无法被恒定流量模型良好描述，第二阶段χ²/自由度为7.3/13，全数据集χ²/自由度更高，表明存在变异性迹象。
• 在第二阶段，Fermi-LAT谱最符合对数抛物线模型，表明在MeV至亚GeV范围内存在峰值，但未检测到显著曲率，可能由于统计量有限。