[论文解读] X-ray variability of GeV gamma-ray emitting radio galaxy NGC 1275

Y. Fukazawa, Kensei Shiki+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 12, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本研究利用2006–2015年期间的Suzaku/XIS与Swift/XRT数据，分析了射电星系NGC 1275在X射线与GeV伽马射线波段的变异性，发现在2013–2015年间X射线与GeV伽马射线流量显著相关性增强，表明其辐射源自喷流。X射线耀发的流量增幅约5倍，且能谱变陡（光子指数~2对比~1.7），表明存在磁场增强或电子能量升高的耀发区域，与喷流内激波模型一致。

ABSTRACT

We analyzed Suzaku/XIS data of 2006--2015 observations of a gamma-ray emitting radio galaxy NGC 1275, and brightening of the nucleus in the X-ray band was found in 2013--2015, correlating with GeV Gamma-ray brightening. This is the first evidence of variability with correlation between GeV gamma-ray and X-ray for NGC 1275. We also analyzed Swift/XRT data of NGC 1275, and found that X-ray was flaring by a factor of $\sim$5 in several days in 2006, 2010, and 2013. The X-ray spectrum during the flare was featureless and somewhat steeper with a photon index of $\sim$2 against $\sim$1.7 in the normal state, indicating that a synchrotron component became brighter. A large Xray to GeV gamma-ray flux ratio in the flare could be explained by the shock-in-jet scenario. On the other hand, a long-term gradual brightening of radio, X-ray, and GeV gamma-ray with a larger gamma-ray amplitude could be origin of other than internal shocks, and then we discuss some possibilities.

研究动机与目标

• 研究X射线与GeV伽马射线变异性在明亮伽马射线辐射射电星系NGC 1275中的关联性。
• 通过长期X射线监测，确定X射线辐射的起源——是来自喷流还是周围星系团。
• 评估短时标X射线耀发是否与伽马射线活动相关，以及可能解释光谱与流量变化的物理机制。
• 评估观测到的X射线/伽马射线流量比与光谱指数对喷流辐射模型（特别是喷流内激波情景）的启示。

提出的方法

• 对2006至2015年期间的19次Suzaku/XIS观测数据进行X射线成像谱分析，研究流量与谱变异性。
• 将X射线光 light curves 与Fermi-LAT的GeV伽马射线光 light curves 进行比较，以识别相关性。
• 分析2006年、2011年与2013年Swift/XRT数据，研究短时标X射线耀发及其谱特性。
• 使用幂律模型拟合X射线谱，推导光子指数与流量，并将耀发状态与平静状态进行比较。
• 利用来自多个任务（OSO-8至Swift）的历史X射线光 light curves，为长期变异性提供背景参照。
• 通过检验增强磁场或电子能量分布是否能解释观测到的X射线耀发特性，评估喷流内激波模型。

实验结果

研究问题

• RQ1 NGC 1275中X射线与GeV伽马射线流量变异性之间是否存在显著相关性？
• RQ2 何种物理机制可解释观测到的X射线耀发（流量增幅约5倍）与能谱变陡现象？
• RQ3 耀发期间X射线与GeV伽马射线的流量比是否可用喷流辐射模型（如喷流内激波模型）解释？
• RQ4 NGC 1275的长期X射线变异性与射电及伽马射线变异性相比如何？这对喷发区域电子能量密度有何启示？
• RQ5 尽管X射线流量相似，NGC 1275在1990年代未被EGRET探测到，这说明什么？对伽马射线与X射线流量比演化有何启示？

主要发现

• 在2013–2015年间，NGC 1275的X射线与GeV伽马射线流量变异性之间发现了显著相关性，这是首次在射电星系中观测到此类证据。
• Swift/XRT在2006年、2011年与2013年观测到的X射线耀发，其流量在数天内增加约5倍，光子指数约为~2，表明其能谱比平静状态（~1.7）更陡。
• 耀发期间能谱变陡表明，辐射机制从平静状态的同步辐射自反 Compton（SSC）主导，转变为耀发状态的同步辐射主导。
• 耀发期间X射线与GeV伽马射线的高流量比最合理的解释是喷流内激波模型，其中磁场增强或电子能量提升可增强X射线波段的同步辐射。
• 射电、X射线与GeV伽马射线的长期渐进性增亮，且伽马射线的振幅更大，暗示其起源可能涉及电子能量密度或喷发区域尺寸的变化，尽管区域尺寸缩小超过3倍的可能性较低。
• 尽管1990年代X射线流量与当前相似，但EGRET未探测到NGC 1275，表明伽马射线与X射线流量比增加了超过10倍，暗示喷发区域电子能量分布或磁场强度发生了显著变化。