[论文解读] Very rapid optical variability of PKS 2155-304

S. Paltani, T. J.-L. Courvoisier+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 1997

Atmospheric Ozone and Climate参考文献 1被引用 9

一句话总结

本研究首次检测到耀变体PKS 2155-304的极快速光学变异性，其光度变化的时间尺度短至15分钟。通过结构函数分析和多波段测光，作者发现功率谱指数为-2.4，短波与长波光 light curves 之间存在40分钟的时延，且光度与谱指数之间存在强烈相关性，表明存在一个恒定的本底成分，且在光学波段内无显著的谱变异性。

ABSTRACT

We have performed an optical observation campaign on PKS 2155-304, whose aim was to determine the variability properties of this object on very short time scales in several photometric bands. We detected variability on time scales as short as 15 min. The Fourier properties of the light curves have been investigated using structure function analysis. The power spectra are well described by a power-law with an index -2.4. It is compatible with the index found in the X-ray domain. The value of this index shows that the light curves cannot be generated by a sum of exponential pulses. Using historical data, we find that the longest time scale of variability in the optical domain lies between 10 and 40 days. We find a strong correlation between flux and spectral index, which we interpret as the signature of an underlying constant component. As a result we do not find evidence of spectral variation for the active nucleus in the optical domain. A lag has been found between the light curves in different optical bands. The short-wavelength light curves lead the long-wavelength ones. The amplitude of the lag is about 40 min for a factor 2 in wavelength. Our results are compared with predictions from different models. None of them can explain naturally the set of results obtained with this campaign, but we bring out some clues for the origin of the variability.

研究动机与目标

• 理解耀变体PKS 2155-304在短 timescale 的光学变异性特性。
• 利用结构函数分析测量光学光曲线的功率谱指数。
• 研究不同光学测光波段之间的时间延迟（时延）。
• 确定在观测期间光学波段是否发生谱变异性。
• 将观测到的变异性特征与耀变体辐射机制的理论模型进行比较。

提出的方法

• 使用地面望远镜对PKS 2155-304开展了多波段光学测光观测活动。
• 对光曲线应用结构函数分析以估算功率谱指数。
• 使用基于傅里叶的技巧将变异性功率谱建模为指数为-2.4的幂律。
• 测量不同光学波段（如B、V、R）光曲线之间的时间延迟，以推断辐射区域的大小和几何结构。
• 分析历史数据以估算光学波段中最长的本征变异性 timescale。
• 将光度变化与谱指数变化相关联，以评估谱变异性是否存在。

实验结果

研究问题

• RQ1 在本次观测中，PKS 2155-304的光学变异性最短 timescale 是多少？
• RQ2 光学光曲线的功率谱与X射线波段的功率谱相比如何？
• RQ3 不同光学波段光曲线之间观测到的时间延迟是由什么引起的？
• RQ4 在本次观测期间，光学波段是否存在谱变异性的证据？
• RQ5 哪些理论模型最能解释观测到的快速变异性、幂律谱和波段间时延的组合特征？

主要发现

• PKS 2155-304的光学光曲线表现出短至15分钟的时间尺度变异性。
• 光学光曲线的功率谱密度遵循指数为-2.4的幂律，与X射线波段的指数一致。
• 在波长变化两倍时，短波与长波光学光曲线之间观测到约40分钟的时延。
• 光度与谱指数之间存在强烈相关性，表明存在一个恒定的本底谱成分。
• 在光学波段内无显著谱变异性证据，表明本征谱能量分布在此次观测期间保持稳定。
• 所测试的任何理论模型均无法自然解释所有观测到的特性，但结果为辐射机制提供了约束。