[论文解读] Very-high-energy blazars: updates from VERITAS observations and multi-wavelength campaigns

M. Cerruti|arXiv (Cornell University)|Jan 14, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本文利用VERITAS切伦科夫望远镜阵列对四个耀变体进行了近期甚高能（VHE）伽马射线观测，重点开展多波段（MWL）观测活动以研究其能谱分布（SEDs）和耀发行为。主要成果包括：首次探测到1ES 1011+496和1ES 1727+502的明亮VHE耀发；首次实现耀发期间准同时的SED；以及对高红移HBL源PKS 1424+240（z ≥ 0.60）的长期监测，该源仍是迄今最遥远的持续VHE辐射体。

ABSTRACT

VERITAS is an array of four 12-m atmospheric Cherenkov telescopes, designed to observe the very-high-energy (VHE; E $\\geq$100 GeV) sky. Since 2007, it has detected more than 20 extra-galactic sources, the majority of which are active-galactic-nuclei of the blazar class. In this paper we present a selection of the most recent results from the VERITAS blazar observing program, in particular in the context of broad-band multi-wavelength campaigns. Four results are highlighted: the detection of the flat-spectrum-radio-quasar PKS 1222+216 (4C +21.35) during March 2014; the $\\gamma$-ray flare from the BL Lac object 1ES 1727+502, observed under bright-moonlight conditions during May 2013; the bright $\\gamma$-ray flare from the BL Lac object 1ES 1011+496 during February 2014; and the long-term campaign on the BL Lac object PKS 1424+240, currently the farthest (z > 0.60), persistent VHE emitter

研究动机与目标

• 通过电磁波谱范围内的协调观测，研究甚高能（VHE）耀变体的多波段行为。
• 利用同时的能谱分布（SEDs）研究耀变体中VHE耀发行为背后的物理机制。
• 利用高统计量数据检验河外背景光（EBL）吸收对高红移VHE源的影响。
• 评估在明亮月光条件下观测对扩展变源（如耀变体）VHE监测的有效性。
• 确定PKS 1424+240在高能段能谱硬化是否暗示新物理现象，如轴子样粒子或宇宙射线诱导的级联过程。

提出的方法

• VERITAS是由位于弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台的四台12米大气契伦科夫望远镜组成的阵列，通过空气簇射产生的契伦科夫光探测甚高能伽马射线（100 GeV – 30 TeV）。
• 该阵列采用降低高压（RHV）技术与紫外透明滤光片，使在明亮月光条件下也能进行观测，从而提高对变源的监测占空比。
• 多波段（MWL）观测活动结合VERITAS的VHE数据、Fermi-LAT（GeV）、Swift-XRT和Swift-UVOT（X射线/紫外）观测，以构建同时的SED。
• 利用单区同步辐射自康普顿（SSC）模型对能谱分布（SEDs）进行建模，以解释耀发行为和粒子种群特性。
• 通过红移相关的吸收模型对本征VHE谱进行EBL吸收修正，以推断源的本征辐射特性。
• VERITAS数据的统计分析包括显著性检验（如PKS 1222+216的6σ检测）以及相对于蟹状星云的通量估计。

实验结果

研究问题

• RQ1 1ES 1011+496的VHE伽马射线耀发行为的本质是什么？其与GeV和X射线发射之间有何关联？
• RQ2 2013年1ES 1727+502耀发期间首次实现的准同时SED能否通过具有幂律电子分布的单区SSC模型解释？
• RQ3 高红移耀变体PKS 1424+240（z ≥ 0.60）在750 GeV以上能量是否表现出本征能谱硬化，暗示新物理现象？
• RQ4 新开发的明亮月光观测模式在探测和监测耀变体VHE耀发方面效果如何？
• RQ5 EBL吸收在塑造PKS 1424+240的观测VHE谱方面起什么作用？其如何影响对其本征辐射的解释？

主要发现

• VERITAS在2014年3月对FSRQ PKS 1222+216的5小时观测中，探测到其在100 GeV以上通量约为蟹状星云的3%，期间未观测到显著变异性。
• HBL源1ES 1727+502在2013年5月的明亮月光观测中被探测到，标志着VERITAS新明亮月光观测策略的首个科学成果，其在150 GeV以上通量为（2.1 ± 0.4）%的蟹状星云。
• 1ES 1727+502在2013年耀发期间的SED在多个波段实现准同时重建，显示单区SSC模型中电子注入指数α₁ = 2.2，且通过同步辐射发生冷却。
• HBL源1ES 1011+496表现出一次VHE耀发，其积分通量在蟹状星云的25%至75%之间，为该源迄今观测到的最明亮VHE耀发，且与Fermi-LAT探测到的GeV耀发相关。
• PKS 1424+240（z ≥ 0.60）仍为最遥远的持续VHE辐射体，VERITAS累计积累超过100小时暴露时间，并将能谱重建至750 GeV，但其能谱硬化的显著性仍较弱。
• 经过EBL吸收修正后的PKS 1424+240本征谱在高能段未显示明显的硬化迹象，尽管仍需进一步观测以检验涉及宇宙射线级联或轴子样粒子的模型。