第12回光赤外天文学大学間連携WS

BL Lacertaeフレア期の短時間変動
および偏光ベクトルの波長依存性

今澤 遼 (広島大学M2)
笹田真人、間夏子、深澤泰司 (広島大学)

https://www.hiroshima-u.ac.jp/hasc/institution_jp/telescope/abstract

Introduction

G. Fossati+98, D. Donato+01“Blazar sequence”
電波~可視光ブレーザー: 活動銀河核の一種で、ジェットを正面から見ているもの。

1/9

X~ガンマ線

FSRQ型

電波~可視光(軟X線): 電子シンクロトロン放射
X~ガンマ線: 逆コンプトン散乱成分
逆コンプトン散乱

未解決問題: 高エネルギー粒子の加速過程・磁場構造等

BL Lac型
シンクロトロン放射

BL Lacertae :とかげ座 BL天体, “BL Lac型”の由来➡ 可視光で高い偏光度と、連続成分が卓越しており輝線が非常に弱いことが特徴
6.0

2020年8月、BL Lacが可視光 & ガンマ線で大フレア。
2.0
観測史上最大の光度に達した (ATel #13930, #13933)。
TeVガンマ線でも検出 (ATel #13963)
0.0
~11年

Flux (phs cm-2 s-1)

周波数 (対数)2020/08/01
BL LacFermi ガンマ線ライトカーブ(NASA/FSSC)
https://fermi.gsfc.nasa.gov/ssc/data/access/lat/msl̲lc

Introduction

かなた望遠鏡@東広島天文台

2/9

BL Lacのフレアを受け、かなた望遠鏡(HONIR)で可視近赤外線同時偏光観測によるモニターを開始。
本観測で期待される情報:・ジェット中のシンクロトロン放射 (偏光方向➡ 可視放射領域の磁場構造
・近赤外~可視スペクトルの形状(色)➡ 電子のエネルギー分布磁場)
https://www.hiroshima-u.ac.jp/hasc/institution_jp/telescope/abstract

Copyright 2010, Professor Kenneth R. Lang, Tufts University

シンクロトロン放射

変動時間 ➡ 放射領域のサイズの制限。
特に、ブレーザーの短時間変動(< hour)の起源は議論の最中。
(ex. 磁気リコネクション、jet-in-jet)
目的: BL Lac フレア時の変動時間・偏光情報から、ジェット中の放射領域・磁場構造の理解につなげる

偏光方向
磁場Observation & Result

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モニター開始 (2020-08-01) ~ 2021-08-10 の光度曲線➡ 200夜以上の密なデータが得られた

光度曲線(ガンマ線 & 可視・近赤外 & 偏光度 & 偏光方位角)2020-08-01 to 2021-08-10

photons cm-2 s-1

ガンマ線 (Fermi 100 MeV-300 GeV)

等級

可視光・近赤外線

degree■2021年2月(MJD~59250)
200 偏光方位角 (可視光)
偏光方位角の大きな変化
緑が補正後
200→190 deg

偏光度 (可視光)%■偏光度は数%~20%で、数日毎に大きく変化※02021-07-20以降を拡大

Preliminary■長期的なガンマ線と近赤外線・可視光の相関※ 緑点は 180 ambiguityを補正したもの

018-000202

11-010202

12-001202

15-001202

18-001202

青点線の日に、連続観測 (数時間/一夜の長時間観測) を実施。➡ 短期変動 (intra-day scale) の結果へ

Observation & Result

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2021-07-26 連続観測

モニター中、１日数時間に渡る連続観測を行った。

BL LacR バンド (可視)J バンド (近赤外)20分

Magnitude■ 等級の変化
20分程度の光度の変化を確認。
放射領域のサイズ r を計算
𝑐 𝛥𝑡 𝛿~ 1.1 1011 δ (m)𝑟≤1+𝑧δ ~24 (Hervet et al. 2016)
MBH = 3.8 108 M◉ (Wu et al. 2009)à シュヴァルツシルト半径 rs ~ 1.1 1012 mr ≤ 6.0 rs

比較星

ビニング & 色(R-J) を計算

明るい時に青くなる、
bluer when brighter な傾向にある。
(電子のエネルギー分布も変化)

BlueR-Jr ≤ 6.0 rs とコンパクトな領域に制限される

2時間

Observation & Result

5/9
R, J ともに
器械偏光 < 0.2 % を確認■ 偏光ベクトル
可視光と近赤外線で偏光度・偏光方位角が異なる偏光の差を調べる à 差分偏光ベクトルを計算

q-u 平面qi, ui : i band の q, u 値

2034 536

差分偏光度 P = (𝑞, − 𝑞. )0 +(𝑢, − 𝑢. )0 , 差分偏光方位角 θ = arctan(偏光度74 576)

差分偏光ベクトル
実線は比較星2.5 差分偏光度

偏光方位角
1.5

差分偏光方位角
2時間100

R バンド (可視)J バンド (近赤外)

偏光度 可視光 > 近赤外線
差分偏光度 1.5~2.5%
差分偏光方位角 ~100 deg

Observation & Result6/9■ 偏光ベクトル
それぞれの観測について、差分偏光度・差分偏光方位角を計算
à 日によって傾向・値は異なる。
一部を抜粋

・・
・偏光度

差分偏光度

差分偏光方位角2021-01-08

可視光 > 近赤外線

1.0 ~ 2.0%~160 deg

2021-01-20

可視光 < 近赤外線

0.5 ~ 1.5%~80 deg

2021-07-31

可視光 < 近赤外線

2.0 ~ 4.0%

~90 deg

・・・

Observation & Result

7/9■ 偏光ベクトル
それぞれの観測について、差分偏光度・差分偏光方位角を計算 à 日によって傾向・値は異なる。
ただし、確かに可視光と近赤外線で差はありそう。
差分偏光方位角 (中央値)

全14観測のヒストグラム
差分偏光度 (中央値)

参考: シンクロトロン放射の波長依存性

各観測日について、標準偏差/中央値 < 0.1%

シンクロトロン放射の偏光度Π
緑色: BL Lac
灰色: 比較星

Π=0 deg

180 deg

差分偏光方位角は日によって異なる。
0.0%

3.5%

全体的に、BL Lacのみに差分偏光度がある(R,Jバンド間の系統誤差ではない)
BL Lacの偏光は、pJ > pR の場合もあった:;2<:;=(p は電子のべき)(Rybicki & Lightman, 1986)

同一成分であれば、波長依存性はほぼ無い。
à 観測ごとの変化、pJ > pR の説明にはordered-magnetic ﬁeld,one-zone 以外のモデルが必要

Discussion: ジェット中磁場構造+放射領域8/9

結果: 偏光方位角の回転・偏光度~10%で、激しく変化①+ 可視光-近赤外線間の偏光ベクトルに差分②Turbulencemagnetic field

Orderedmagnetic field

Marscher+14B

Turbulent Extreme Multi-Zone (TEMZ) モデル

螺旋+乱流磁場 & Multi-zone 放射① ジェット中に”cell” を導入
cell の数によって、偏光度の違いを説明

cell

それぞれ異なる
電子エネルギー分布

例 : 可視光で明るいcell < 近赤外線で明るいcellà 可視光の偏光度 > 近赤外線の偏光度② 螺旋磁場成分も影響？
放射領域(磁場の向き)の違い => 差分偏光方位角

B

B

Standingshock
NIR emission site
optical emission site

Black HoleConclusion

9/9

Turbulencemagnetic field

Orderedmagnetic field■ 行ったことB

観測史上最大のフレア期間中のBL Lac
について、可視・近赤外同時偏光観測■ 観測された顕著な結果

B

1. 20分程度の短時間変動
2. 偏光方位角の回転(の可能性)
3. 偏光ベクトルの波長依存性■ 考察されること
1. 数~数十 rs のコンパクトな放射領域
2,3. 螺旋・乱流磁場 & Multi-zone 領域

BStandingshock
NIR emission site
optical emission site

Black Hole

Back up

Observation & Result (短期変動)■ 偏光ベクトル
それぞれの観測について、差分偏光度・差分偏光方位角を計算
à 日によって値は異なる。ただし、確かに可視光と近赤外線で差はありそう。
偏光度

偏光度

pR < pJ

pR > pJ
2021-01-08
差分偏光度

偏光度

2021-01-20
差分偏光度pR < pJ
2021-07-31
差分偏光度

差分偏光方位角
差分偏光方位角

差分偏光度 1.0~2.0%
差分偏光方位角 ~160 deg

差分偏光方位角

差分偏光度 0.5~1.5%
差分偏光方位角 ~80 deg

差分偏光度 2.0~4.0%
差分偏光方位角 ~90 deg

WireGrid Obs.

消偏光 < 1.5 % (R)< 0.5 % (J)UnPolarized star Obs.

器械偏光< 0.2 %(BL Lac ~10 %)X-ray Results-2-1

nuFnu (erg cm s )X-ray SED
flare (2020)-> steep spectrum

静穏期 (2019)

frequency (Hz)Softer ‒ when brighter