УДК 524.8
ВРЕМЕННЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БЛАЗАРА 1ES 1426+428
© 2009 г. В. В. Фиделис1*, Д. А. Якубовский2, Ю. В. Войткова2
1 НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", пос. Научный 2Институт теоретической физики им. Н.Н. Боголюбова, Киев Поступила в редакцию 18.06.2008 г.
После доработки 09.02.2009 г.
Большинство внегалактических источников, от которых обнаружен поток гамма-квантов сверхвысоких энергий (СВЭ, E > 1011 эВ), относятся к категории лацертид с высокочастотным пиком (HBLs) — источникам, у которых пик синхротронной радиации расположен в УФ- или рентгеновской области спектра. Они зачастую обладают большей рентгеновской светимостью по сравнению с энергетическим выходом в гамма-диапазоне СВЭ, что делает их наиболее ценными объектами для изучения характерных спектральных и временных вариаций в области синхротронного пика спектрального распределения энергии. Относящийся к этой категории блазар 1ES 1426+428 является целью многих многоволновых исследований как орбитальных, так и наземных. Также исследованы свойства его рентгеновского излучения с использованием наблюдений орбитальных обсерваторий RXTE/PCA, XMM-Newton и SWIFT. Использованы архивные данные PCA/RXTE с общим временем "экспозиции" в 2002 и 2004 гг. «120h и последние доступные файлы фона и калибровок. Полученные кривые блеска 1ES 1426+428 в интервале энергий 2.9—24 кэВ показали интенсивную вспышечную активность на различных временных шкалах. Анализ наблюдательных данных также подтвердил типичное для блазаров свойство увеличения жесткости спектра с возрастанием рентгеновской яркости объекта. Вспышечное состояние объекта также характеризуется довольно плоским спектром, который становится круче с уменьшением потока. Подтверждены также ранее обнаруженные признаки спектрального гистерезиса у отдельной вспышки. Наблюдения 1ES 1426+428 телескопом SWIFT/XRT и инструментом EPIC на борту XMM-Newton обнаружили несколько вспышек промежуточной интенсивности в диапазоне энергий 1.5—12 кэВ с вариациями потока вплоть до фактора 2, а анализ кривых блеска показал наличие корреляции между двумя компонентами рентгеновского излучения от объекта.
Ключевые слова: рентгеновское излучение, блазары — наблюдения, XMM-Newton, SWIFT, RXTE, 1ES 1426+428.
TIMING AND SPECTRAL PROPERTIES OF THE X-RAY EMISSION FROM THE BLAZAR 1ES 1426+428, by V. V. Fidelis, D. A. Iakubovskyi, and Yu. V. Voytkova. Most of the extragalactic sources from which very-high-energy (VHE, E >1011 eV) fluxes have been detected belong to the category of high-frequency peaked BL Lacertae objects (HBLs) — the sources in which the synchrotron radiation peaks in the UV or X-ray band. They often have higher X-ray luminosities than the VHE gamma-ray energy yield, which makes them the most valuable objects for studying the characteristic spectral and temporal variations in the region of the synchrotron peak of the spectral energy distribution. The blazar 1ES 1426+428 belonging to this category is a target of many multiwavelength campaigns, both orbital and ground-based ones. We have investigated the properties of its X-ray emission using PCA/RXTE, XMM-Newton, and SWIFT observations. We have used archival PCA/RXTE data with a total exposure in 2002 and 2004 of «120 h and the most recent available calibration and background files. The extracted light curves of 1ES 1426+428 in the 2.9—24 keV energy band have shown an intense flaring activity on various time scales. Analysis of the observational data has also confirmed the spectral hardening with increasing X-ray luminosity typical of blazars. The flaring state of the object is also characterized by a flat spectrum, which steepens with decreasing flux.
Электронный адрес: fidelisv@mail.ru, fidelis@crao. crimea.ua
The previously detected evidence of a spectral hysteresis in a separate flare has also been confirmed. Observations of 1ES 1426+428 with the SWIFT/XRT telescope and the EPIC instrument onboard XMM-Newton have revealed several intermediate-intensity flares in the 1.5—12 keV energy band with flux variations reaching a factor of 2; analysis of the light curves has revealed a correlation between two components of the X-ray emission from the object.
PAC S numbers: 98.54.Cm; 95.85.Kr; 95.85.Jq; 95.85.Nv
Keywords : X-ray emission, blazars — observations, XMM-Newton, SWIFT, RXTE, 1ES 1426+428.
ВВЕДЕНИЕ
Излучение высоких энергий от активных ядер галактик (АЯГ) бывает настолько сильным, что оно может быть обнаружено на больших расстояниях, когда звездная галактическая составляющая почти не видна. Блазары относятся к этому типу АЯГ. Они часто бывают быстропеременными, что указывает на их малые размеры, соизмеримые с размерами Солнечной системы. Феномен активности этих объектов объясняется наличием в их центре сверхмассивной черной дыры с массой ~108—109M©. Падение на черную дыру под действием гравитации окружающей ее материи сопровождается излучением на многих длинах волн. Это излучение канализируется в струях (джетах), выбрасываемых под прямыми углами по отношению к аккреционному диску. Согласно общепринятой точке зрения, в струях канализируется плазма, вытекающая с релятивистской скоростью, и любое излучение, испускаемое из нее, принимается сильно модифицированным доплеровским эффектом (Сикора, Мадейский, 2001). Если струя направлена прямо на нас, излучение из ее областей будет полностью попадать к нам, длительности всплесков будут сжаты большим фактором Доплера (S). Это усиливает получаемую мощность, а с учетом угловой концентрации излучения мощность, получаемая детектором, усиливается с коэффициентом и затмевает всю остальную светимость от галактики (Фэн, 2005).
Большинство типов наблюдаемых активных ядер галактик в большей степени являются функциями угла зрения и геометрии, а не физики происходящих в них процессов. Большая часть наблюдаемого излучения высоких энергий, предположительно поступающая из области струй, обусловлена синхротронным излучением содержащихся в плазме релятивистских заряженных частиц и обратным комптоновским рассеянием на них фотонов. Блазары, включающие радиоквазары с плоским спектром (FSRQs) и лацертиды (BL Lacs), составляют большую долю идентифицированных объектов детектором EGRET (Томпсон и др., 1995). Эти внегалактические источники имеют два замечательных свойства: в большинстве из них светимость в y-лучах доминирует в энергетическом выходе блазаров (E > 100 МэВ), а вариации
излучения видны на временных шкалах от часа до месяцев и даже лет (Улрич и др., 1997).
Лацертиды характеризуются отсутствием или слабостью эмиссионных линий (эквивалентная ширина < 5 A) и классифицируются в зависимости от того, в каком диапазоне они обнаружены: в радио- или рентгеновском. Соответственно они подразделяют на лацертиды с низкочастотным и высокочастотным пиками излучения. Первые являются сильными радио-, а вторые — рентгеновскими источниками (Гисел-лини и др., 1998). Численно эти подклассы лацертид (LBLs и HBLs) оцениваются по критерию отношения плотностей потоков излучения в диапазоне 0.3—3.5 кэВ и на радиочастоте 5 Гц. Для LBLs Fq.3-3.5Гц<10"1L5, а для HBLs Fq.3—3.5 кэв/^5Гц > 10"1L5 (Падовани, Гио-ми, 1995). Блазар 1ES 1426+428 относится к HBLs (Костаманте, Гиселлини, 2002; Фалконе и др., 2004). У этих лацертид пик синхротронного излучения попадает в область рентгеновского диапазона, а максимум излучения, обусловленный обратной комптоновской радиацией, сдвинут в высокочастотную область с фактором 7^eak (в режиме
Томсона), где Y-фактор Лоренца. Все известные лацертиды с высокочастотным расположением пика синхротронного излучения определены в рентгеновском диапазоне и являются наиболее вероятными источниками гамма-излучения сверхвысоких энергий (СВЭ).
Постоянный и относительно яркий рентгеновский источник 1ES 1426+428 детектировался ранними орбитальными экспериментами Uhuru, Ariel 5 и был идентифицирован с оптическим двойником из каталогов источников HEAO I (Ремиллард и др., 1983) и EXOSAT. HEAO I, одна из первых космических обсерваторий НАСА, вела постоянный мониторинг рентгеновских источников в широком диапазоне энергий 0.2 кэВ—10 МэВ. Более детальные наблюдения ряда объектов осуществлялись путем точечных наблюдений длительностью 3—6 ч. Свойства блазара 1ES 1426+428 приведены в табл. 1 (Ремиллард и др., 1983).
Блазар 1ES 1426+428 был характеризован как лацертид вследствие отсутствия в его спектре заметных оптических эмиссионных линий (Ремиллард и др., 1983). Его наблюдения с помощью
Таблица 1. Наблюдательные данные 1ES 1426 + 428
Оптическое положение а = 14h28m32?6; Ö = 42°40/21"
Поток2—10 кэВ, 10~и эргсм~2 с-1 1.9-3.5
Радиопоток на частоте 1.4 ГГц, мЯн 83.0
Отношение потоков (2-10 кэВ/3000-7000 А) 7.6
Оптическая линейная поляризация 2.7%
^Ь, эрге-1 на 2—10 кэВ 45.7
Му ядра -23.9
Му материнской галактики -22.3
Beppo-SAX показали, что пик его синхротронного излучения может быть расположен выше 100 кэВ (Костаманте и др., 2001). Этот факт позволил занести его в кандидаты источников гамма-излучения СВЭ, что и было подтверждено его регистрацией обсерваторией Уиппл (Хоран и др., 2002). Наличие гамма-излучения ТэВ-ных энергий от этого объекта, несмотря на большое удаление, вызывает также особый интерес к исследованию свойств его рентгеновского излучения. Предыдущие исследования рентгеновского излучения от 1ES 1426+428 на космических обсерваториях ASCA, ROSAT, EXOSAT, BBXRT (Broad Band X-ray Telescope) и RXTE в различные эпохи, разделенные полутора десятилетиями, показали наличие временных и спектральных вариаций от наблюдения к наблюдению (Самбруна и др., 1997; Мадейский и др., 1992).
Целью данной работы является анализ переменности рентгеновского излучения источника и исследование его спектральных характеристик.
НАБЛЮДЕНИЯ 1ES 1426+428 ОРБИТАЛЬНЫМИ ОБСЕРВАТОРИЯМИ RXTE, XMM-Newton/EPIC И SWIFT/XRT.
RXTE/PCA. Массив пропорциональных счетчиков (Proportional Counter Array, инструмент PCA, Яхода и др., 1996) является частью орбитальной обсерватории Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). Он состоит из пяти
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.