Een internationaal team van astronomen heeft de variabele breedbandemissie van de gammastraling-blazar Markarian 501 bestudeerd tijdens een periode van hoge röntgenactiviteit. Het onderzoek, gepubliceerd op 21 januari op de arXiv preprint-server, zou een beter begrip kunnen geven van de emissiemechanismen in blazars.

Blazars zijn zeer compacte quasars die worden geassocieerd met superzware zwarte gaten in de centra van actieve, gigantische elliptische sterrenstelsels. Ze behoren tot een grotere groep actieve sterrenstelsels die actieve galactische kernen (AGN) herbergen, en hun karakteristieke kenmerken zijn relativistische jets die bijna precies op de aarde zijn gericht. Op basis van hun optische emissie-eigenschappen, astronomen verdelen blazars in twee klassen:flat-spectrum radio quasars (FSRQ's) met prominente en brede optische emissielijnen, en BL Lacertae-objecten (BL Lacs), welke niet.

Gelegen op zo'n 456 miljoen lichtjaar afstand, Markarian 501 (of kortweg Mrk 501), is een bekende gammastralingsblazar. Het behoort tot BL Lacertae objecten, en zijn optische spectra worden gedomineerd door het niet-thermische continuüm van de jet.

Waarnemingen van Mrk 501 die in 1996 werden uitgevoerd met behulp van het Whipple Observatory, hebben aangetoond dat het gammastraling met zeer hoge energie (VHE) (meer dan 100 GeV) uitzendt. Tot dusver, het is een van de weinige VHE-objecten die met momenteel beschikbare telescopen in relatief korte tijd kunnen worden gedetecteerd, zelfs tijdens perioden van emissie in lage toestand. Dit maakt de Mrk 501 een uitstekend doelwit voor langetermijnmonitoring van meerdere golflengten.

Dus een groep astronomen onder leiding van Josefa Becerra Gonzalez van de Universiteit van La Laguna, Spanje, voerde een uitgebreide observatiecampagne met meerdere instrumenten uit om de temporele evolutie van de breedbandemissie van Mrk 501 te karakteriseren en te bestuderen gericht op juli 2014, wanneer de bron een zeer hoge röntgenactiviteit vertoonde. Voor dit doeleinde, ze gebruikten verschillende ruimtetelescopen en observatoria op de grond, waaronder de Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescopes (MAGIC), Eerste G-APD Cherenkov-telescoop (FACT), Fermi Gamma-ray Space Telescope en de Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst Observatory.

"We hebben observationele en theoretische resultaten gepresenteerd die zijn afgeleid van multi-instrumentgegevens van Mrk 501 verzameld gedurende een periode van twee weken in juli 2014, toen de röntgenactiviteit het hoogst was in de 14 jaar dat het Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst Observatory in bedrijf was, ’ schreven de astronomen in de krant.

In het algemeen, de VHE-emissie van Mrk 501 bleek verhoogd te zijn tijdens de röntgenuitbarsting van juli 2014, met een gammastraalstroom van meer dan 0,15 TeV. Tijdens deze periode van twee weken de flux-variaties in de radio, optisch, en GeV-banden bleken mild te zijn, maar behoorlijk substantieel in de röntgenbanden, en vooral aanzienlijk in de VHE-banden (de VHE-variabiliteit bleek twee keer zo groot te zijn als de röntgenvariabiliteit).

Een gedetailleerde studie van de temporele evolutie van de breedband spectrale energieverdeling (SED) tijdens de uitbarstingsperiode is uitgevoerd. De resultaten laten zien dat de dagelijkse evolutie van röntgen- en gammastralingsbanden goed kan worden beschreven met een één-zone synchrotron self-Compton (SSC) model met variaties in de breekenergie van de elektronenenergieverdeling (EED), en met enkele aanpassingen in de magnetische veldsterkte en spectrale vorm van de EED.

Rekening houdend met deze resultaten, de astronomen concludeerden dat de variaties in de breedbandemissie van de bestudeerde blazar te wijten kunnen zijn aan veranderingen in de versnelling en afkoeling van de elektronen in het schok-in-jetmodel.

Bovendien, een smal kenmerk werd geïdentificeerd bij ongeveer 3,0 TeV in het VHE-gammastralingsspectrum van de MAGIC-telescopen. De auteurs van het artikel presenteerden enkele scenario's die de aard van deze functie kunnen verklaren, er zijn echter verdere studies nodig om te bevestigen welke het meest aannemelijk is.

"We hebben drie theoretische scenario's onderzocht die het zouden kunnen reproduceren:a) ophoping in de elektronenenergieverdeling als gevolg van stochastische versnelling; b) een gestructureerde jet met twee SSC-emitterende gebieden (gerelateerd of niet-gerelateerd), met één regio die wordt gedomineerd door een extreem smalle elektronenenergieverdeling; en c) een emissie geproduceerd via een IC [inverse Compton]-paarcascade geïnduceerd door elektronen die zijn versneld in een magnetosferische vacuümspleet, naast de SSC-emissie uit een meer conventioneel gebied langs de jet van Mrk 501, ’ concluderen de onderzoekers.

© 2020 Wetenschap X Netwerk