[论文解读] WEBT multiwavelength monitoring and XMM-Newton observations of BL Lacertae in 2007-2008. Unveiling different emission components

C. M. Raiteri, M. Villata+9 more|arXiv (Cornell University)|Sep 9, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 59被引用 2

一句话总结

本研究对2007–2008年BL Lacertae进行了多波段观测，结合了37台从射电到光学的望远镜与三次XMM-Newton X射线定点观测。研究提出了一种包含两个同步辐射组分加逆康普顿辐射、外加热盘辐射的模型，以解释紫外过量和可变的X射线谱，发现盘温度高于20,000 K，光度高于6×10⁴⁴ erg s⁻¹，表明存在显著的吸积活动。

ABSTRACT

In 2007-2008 we carried out a new multiwavelength campaign of the Whole Earth Blazar Telescope (WEBT) on BL Lacertae, involving three pointings by the XMM-Newton satellite, to study its emission properties. The source was monitored in the optical-to-radio bands by 37 telescopes. The brightness level was relatively low. Some episodes of very fast variability were detected in the optical bands. The X-ray spectra are well fitted by a power law with photon index of about 2 and photoelectric absorption exceeding the Galactic value. However, when taking into account the presence of a molecular cloud on the line of sight, the data are best fitted by a double power law, implying a concave X-ray spectrum. The spectral energy distributions (SEDs) built with simultaneous radio-to-X-ray data at the epochs of the XMM-Newton observations suggest that the peak of the synchrotron emission lies in the near-IR band, and show a prominent UV excess, besides a slight soft-X-ray excess. A comparison with the SEDs corresponding to previous observations with X-ray satellites shows that the X-ray spectrum is extremely variable. We ascribe the UV excess to thermal emission from the accretion disc, and the other broad-band spectral features to the presence of two synchrotron components, with their related SSC emission. We fit the thermal emission with a black body law and the non-thermal components by means of a helical jet model. The fit indicates a disc temperature greater than 20000 K and a luminosity greater than 6 x 10^44 erg/s.

研究动机与目标

• 为了分离BL Lacertae中超出标准同步辐射自康普顿（SSC）模型的复杂宽波段辐射组分。
• 为了研究XMM-Newton数据中观测到的紫外过量和软X射线过量的起源。
• 为了确定是否需要多个非热组分或额外的辐射机制来解释谱谱能量分布（SEDs）。
• 利用同时的射电至X射线数据，约束吸积盘特性与黑洞质量。
• 检验螺旋喷流模型在解释观测到的变异性与谱特征方面的有效性。

提出的方法

• 利用37台从射电到光学波段的望远镜进行多波段监测，同时配合XMM-Newton X射线观测。
• 基于XMM-Newton观测时刻的同期射电至X射线数据构建谱谱能量分布（SED）。
• 通过单幂律与双幂律拟合X射线谱，评估谱曲率与软过量的存在。
• 利用黑体辐射律对吸积盘的热辐射进行建模。
• 利用Villata & Raiteri（1999）提出的螺旋喷流模型对非热组分进行拟合，假设螺旋喷流中存在两个不同的辐射区域。
• 将X射线谱变异性与BeppoSAX及其他卫星的先前观测结果进行比较，以评估谱态演化。

实验结果

研究问题

• RQ1 在2007–2008年观测期间，BL Lacertae的SED中为何出现显著的紫外过量？
• RQ2 为何X射线谱在不同观测中表现出剧烈变化的软过量？
• RQ3 观测到的SED能否由单一同步辐射自康普顿（SSC）模型解释，还是需要多个非热组分？
• RQ4 X射线谱曲率的起源是什么，其随时间如何变化？
• RQ5 观测到的辐射是否与包含两个不同辐射区域的螺旋喷流结构一致？

主要发现

• X射线谱最佳拟合为双幂律，表明其呈凹形，尤其在考虑视线方向存在分子云时更为明显。
• 紫外过量归因于温度超过20,000 K、光度超过6×10⁴⁴ erg s⁻¹的吸积盘热辐射。
• 宽波段SED需要两个同步辐射组分及其对应的SSC辐射，表明喷流中存在两个不同的辐射区域。
• 吸积盘光度暗示吸积率下限为0.2 M⊙ yr⁻¹，假设辐射效率η ≈ 0.06。
• 若光度接近爱丁顿极限，则黑洞质量被限制在大于6×10⁶ M⊙。
• 该模型能重现GeV波段的谱，光子指数约为2，且与MAGIC在2005年观测到的TeV波段谱一致。