УДК 524.7-732
МНОГОЛЕТНИЕ НАБЛЮДЕНИЯ БЛАЗАРА 1ES 1426+428 НА ЧЕРЕНКОВСКОМ ТЕЛЕСКОПЕ ГТ-48
© 2015 г. К. С. Стригунов*, А. В. Жовтан
Научно-исследовательский институт "Крымская астрофизическая обсерватория" Министерства образования, науки и молодежи Республики Крым, Научный Бахчисарайского р-на, Республика Крым Поступила в редакцию 24.04.2014 г.; принята в печать 09.07.2014 г.
При наблюдении в 2002—2010 гг. активного галактического ядра 1ES 1426+428 на телескопе ГТ-48 зарегистрирован поток гамма-квантов сверхвысоких энергий с высокой степенью достоверности (8а). Обнаружена 4-дневная вспышечная активность объекта в 2009 г., подтвержденная данными космической обсерватории Fermi LAT в диапазоне 1—300 ГэВ. Рост активности к 2008 г. в диапазоне ТэВ-ных энергий, зарегистрированный на ГТ-48 в КрАО, согласуется с увеличением активности в диапазоне энергий >350 ГэВ по данным наблюдений черенковским детектором обсерватории Whipple. Выдвинуто предположение о том, что более существенные вариации гамма-излучения в диапазоне сверхвысоких энергий по сравнению с излучением в низкоэнергетическом диапазоне связаны с более эффективным ускорением частиц в джетах активных галактических ядер, ответственных за генерацию жестких гамма-квантов.
DOI: 10.7868/S0004629915020073
1. ВВЕДЕНИЕ
Объект 1ЕБ 1426+428 (г = 0.129) относится к блазарам типа БЬ Ьасейае (лацертиды) — одному из классов активных галактических ядер, регистрируемых также в диапазоне сверхвысоких энергий (СВЭ) — свыше 50 ГэВ [1]. Излучение от этих объектов в широком диапазоне энергий характеризуется вариациями, которые объясняются излучением, исходящим от джетов в виде струй, направленных в сторону наблюдателей.
Разные модели дают свое объяснение генерации гамма-квантов — в частности, в лептонной модели основным механизмом появления гамма-квантов СВЭ является обратный комптон-эффект вследствие рассеяния на низкоэнергетичных фотонах, излучаемых, например, непосредственно аккреционным диском [2]. В так называемой адронной модели образование гамма-квантов связывают со столкновениями релятивистских протонов и низко-энергетичных ("мягких") фотонов [3]. Ранее [4—6] рассматривалась модель, в которой кванты высоких энергий образовывались вследствие обратного комптоновского рассеяния энергетичных электронов на собственном синхротронном излучении (так называемая синхротронная самокомптонизация). Есть и другие модели, однако стоит отметить, что механизм генерации СВЭ-излучения до сих пор
*Е-шаП: sks6891@gmail.com
остается предметом дискуссий. Из вышесказанного следует вывод, что наблюдения объектов типа лацертид представляют большой интерес с точки зрения объяснения механизмов генерации гамма-квантов, а также их вариаций.
2. НАБЛЮДЕНИЯ ОБЪЕКТА 1ES 1426+428 В ДИАПАЗОНЕ СВЕРХВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
Впервые блазар 1ES 1426+428 наблюдался установкой Whipple [7], после чего его регистрация была подтверждена в экспериментах HEGRA [8] и CAT [9], в которых он наблюдался в 1999— 2000 и 1998—2000 гг., соответственно. Длительность наблюдений HEGRA составила 42.6 ч, а значимость эффекта составила 6.1 а при скорости счета Ns = 2.4 ± 0.4 кв. ч"1. Телескопом CAT за указанный интервал времени источник наблюдался в сумме 26 ч; величина потока Ns = 0.21 ± ± 0.04 кв. мин"1; достоверность полученных результатов на уровне — 5.2а. Кроме того, начиная с 2002 г., объект 1ES 1426+428 наблюдался и в Крымской астрофизической обсерватории (КрАО) на черенковском телескопе второго поколения ГТ-48, принцип работы и технические характеристики которого подробно описаны в [10]. Здесь лишь отметим, что регистрация гамма-излучения СВЭ наземными детекторами основана на том факте, что
Таблица 1. Наблюдения 1ES 1426+428 на ГТ-48
Год Период наблюдений MJD Число сканов Д, мин
2002 30.04-17.05 52394-52411 19 855
2004 16.04-26.04 53111-53121 8 360
2008 30.04-07.05 54586-54593 7 315
2009 22.04-27.05 54943-54978 11 495
2010 04.05-16.05 55320-55332 8 360
Таблица 2. Данные наблюдений 1ES 1426+428 на ГТ-48 без отбора данных (см. детали в тексте)
Год Non Noff Non-Noff
2002 13524 13509 15
2004 4883 4851 32
2008 5999 5938 61
2009 6708 6802 -94
2010 3368 3245 123
гамма-кванты СВЭ при взаимодействии с атомами воздуха образуют вторичные электроны, испускающие фотоны черенковского излучения в оптическом диапазоне под малым (1°) углом к направлению движения первичного кванта. Благодаря этому удается определить направление прихода потока гамма-квантов. Пороговая энергия составляет
1 ТэВ.
В табл. 1 представлены все годы, в которые наблюдался источник на ГТ-48 (в таблице обозначено: MJD — модифицированная юлианская дата, А — длительность наблюдений источника). Наблюдения проводились методом слежения за объектом путем сопоставления результатов наблюдений самого источника гамма-квантов с результатами наблюдений фона со сдвигом по времени относительно друг друга так, чтобы наблюдения источника и фона (так называемый сеанс наблюдений, или скан) проводились при одних и тех же азимутальных и зенитных углах. Таким образом, каждый сеанс включал в себя наблюдение источника и фона одинаковой длительности. Из процесса обработки были исключены сеансы наблюдений, проходившие при плохой погоде. В первичную обработку всех полученных данных вошли: исключение событий при плохом ведении (когда отклонение оптической оси телескопа от заданного направления превышало 3'), корректировка амплитуд сигналов в каналах с учетом калибровочных коэффициентов и исключение вспышек с максимальной амплитудой во внешнем кольце светоприемников. После такой обработки для дальнейшего анализа осталось около 30% от зарегистрированных событий [1].
Основной проблемой при обнаружении источников гамма-квантов СВЭ является наличие фона космических лучей, частицы которых также приводят к возникновению черенковских вспышек в атмосфере Земли. Они довольно трудно отличимы от вспышек, инициированных гамма-квантами, однако различия между ними имеются, поскольку и те и другие характеризуются набором параметров, с помощью которых их можно отличить. С этой целью использовались координатно-независимые
и координатно-зависимые параметры отбора [10]. Распределения значений параметров вспышек как от гамма-квантов, так и от заряженной компоненты космических лучей широки, и они в значительной степени перекрываются, однако распределения по нескольким разным параметрам позволяют исключить до 99% и более вспышек от заряженной компоненты [ 1 ]. Для этого граничные значения параметров отбора подбирались таким образом, чтобы получить оптимальное отношение сигнал/шум. Разность Non — Noff интерпретируется как число гамма-квантов, а квадратный корень из их суммы — как статистическая ошибка этого числа, где Non и Noff — количество гамма-подобных вспышек (событий) от источника и фона, соответственно. Соотношение сигнал/шум является стандартным отклонением, т.е. достоверностью обнаружения потока гамма-квантов от наблюдаемого объекта.
В табл. 2 представлены данные наблюдений без отбора. Результаты отбора с помощью упомянутых параметров показаны в табл. 3. В ней Ny (мин-1) — скорость счета (число зарегистрированных гамма-квантов в минуту). Средний поток от 1ES 1426+428 за весь период наблюдений с 2002 по 2010 гг. на телескопе ГТ-48 составил NY = = 0.129 ± 0.016 кв. мин-1 с достоверностью, равной 8 стандартным отклонениям.
Таблица 3. Результаты наблюдений 1ES 1426+428 на ГТ-48 с отбором данных (см. детали в тексте)
Год Non Noff Поток N7 с ошибкой, мин-1 Достоверность а
2002 505 389 0.138 + 0.035 3.9
2004 116 58 0.161+0.036 4.5
2008 1105 997 0.342 + 0.145 2.4
2009 106 63 0.086 + 0.026 3.3
2010 85 36 0.136 + 0.030 4.5
Таблица 4. Интервал, в котором наблюдалась повышенная активность 1ЕБ 1426+428 на ГТ-48
Дата MJD Поток N7 с ошибкой, мин-1 Достоверность а
14.05.2009 54965 0.711 ±0.222 3.2
15.05.2009 54966 0.6 ±0.176 3.4
17.05.2009 54968 0.466 ±0.175 2.65
14-17.05.2009 54965-54968 0.525 ±0.114 4.6
3. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Как видно из табл. 3, величины потоков, полученных в результате обработки данных, имеют достаточно высокую достоверность, за исключением значения для 2008 г. Однако в ходе обработки и анализа результатов выяснилось, что в 2009 г. для блазара 1ES 1426+428 в короткий интервал времени с 14 по 17 мая, в который входило 3 сеанса наблюдений, была зарегистрирована вспышечная активность. Более подробно соответствующие значения показаны в табл. 4. Как видно, после сложения с учетом весов полученный поток в 4.1 раза превзошел среднее значение за весь период наблюдений.
Благодаря способности многоканальных свето-приемников определять область на небесной сфере, где расположен источник гамма-квантов [11], применяют метод пробных источников [12—14]. Он используется для построения стереоизображения распределения числа отобранных гамма-подобных событий по полю зрения светоприемника, а также изофот этого распределения. Стереоизображение, представленное на рис. 1, получено как разность стереоизображений источника и фона. На рис. 2 показаны его изофоты, из которых видно совпадение максимума распределения с координатами 1ES 1426+428 на 2009 г. (соответствует пересечению координатных осей изображения). На рис. 1 виден выраженный пик, максимум которого указывает направление на источник. Само стереоизображение в значительной мере подтверждает зарегистрированный эффект от наблюдавшегося блазара.
Следует отметить, что активность 1ES 1426+ +428 была подтверждена наблюдениями телескопа Fermi (The Fermi Gamma-ray Space Telescope) в диапазоне 100 МэВ—300 ГэВ. Данные этого телескопа обладают высокой достоверностью и представляется логичным ориентироваться именно на них. Для лучшего представления о результатах на рис. 3 даны графические изображения, на которых показаны изменения со временем потоков, зарегистрированных телескопами ГТ-48 и Fermi LAT
(данные мониторинга выложены в открытом доступе, в частности на сайте http://heasarc.gsfc. nasa.gov/W3Browse/fermi/fermilasp.html).
Максимум активности в ТэВ-ных энергиях без учета вспышки за 14—17 мая 2009 г. приходился на 2008 г., пос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.