Un team internazionale di astronomi ha studiato l'emissione variabile a banda larga del blazar di raggi gamma Markarian 501 durante un periodo della sua elevata attività di raggi X. La ricerca, pubblicato il 21 gennaio sul server di prestampa arXiv, potrebbe fornire una migliore comprensione dei meccanismi di emissione nei blazar.

I blazar sono quasar molto compatti associati a buchi neri supermassicci al centro di zone attive, galassie ellittiche giganti. Appartengono a un gruppo più ampio di galassie attive che ospitano nuclei galattici attivi (AGN), e le loro caratteristiche sono getti relativistici puntati quasi esattamente verso la Terra. In base alle loro proprietà di emissione ottica, gli astronomi dividono i blazar in due classi:i quasar radio a spettro piatto (FSRQ) che presentano linee di emissione ottiche larghe e prominenti, e oggetti BL Lacertae (BL Lacs), che non lo fanno.

Situato a circa 456 milioni di anni luce di distanza, Markarian 501 (o Mrk 501 in breve), è un noto blazar di raggi gamma. Appartiene agli oggetti BL Lacertae, e i suoi spettri ottici sono dominati dal continuum non termico del getto.

Le osservazioni di Mrk 501 condotte nel 1996 utilizzando l'Osservatorio Whipple hanno dimostrato che emette raggi gamma ad altissima energia (VHE) (oltre 100 GeV). Finora, è uno dei pochi oggetti VHE rilevabili con i telescopi attualmente disponibili in tempi relativamente brevi, anche durante i periodi di bassa emissione. Ciò rende Mrk 501 un obiettivo eccellente per il monitoraggio multi-lunghezza d'onda a lungo termine.

Così un gruppo di astronomi guidati da Josefa Becerra Gonzalez dell'Università di La Laguna, Spagna, ha eseguito un'ampia campagna osservativa multi-strumentale per caratterizzare e studiare l'evoluzione temporale dell'emissione a banda larga di Mrk 501, concentrandosi su luglio 2014, quando la sorgente mostrava un'attività dei raggi X molto elevata. Per questo scopo, impiegarono vari telescopi spaziali e osservatori a terra, tra cui i principali telescopi Cherenkov di imaging gamma atmosferico (MAGIC), Primo telescopio G-APD Cherenkov (FATTO), Il telescopio spaziale Fermi Gamma-ray e il Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst Observatory.

"Abbiamo presentato i risultati osservativi e teorici derivati ​​dai dati multi-strumento di Mrk 501 raccolti durante un periodo di due settimane nel luglio 2014, quando l'attività dei raggi X era al suo massimo tra i 14 anni di attività del Neil Gehrels Swift Gamma-ray Burst Observatory, " scrivono gli astronomi sul giornale.

Generalmente, l'emissione di VHE da Mrk 501 è risultata elevata durante l'esplosione di raggi X del luglio 2014, con un flusso di raggi gamma superiore a 0,15 TeV. Durante questo periodo di due settimane, le variazioni di flusso nella radio, ottico, e le bande GeV sono risultate lievi, ma abbastanza consistente nelle bande a raggi X, e particolarmente sostanziale nelle bande VHE (la variabilità VHE è stata identificata per essere due volte più grande della variabilità dei raggi X).

È stato condotto uno studio dettagliato dell'evoluzione temporale della distribuzione dell'energia spettrale a banda larga (SED) durante il periodo di esplosione. I risultati mostrano che l'evoluzione quotidiana delle bande di raggi X e gamma potrebbe essere ben descritta con un modello autocompton (SSC) di sincrotrone a una zona con variazioni nell'energia di rottura della distribuzione dell'energia degli elettroni (EED), e con alcuni aggiustamenti nell'intensità del campo magnetico e nella forma spettrale dell'EED.

Tenendo conto di questi risultati, gli astronomi hanno concluso che le variazioni nell'emissione a banda larga del blazar studiato possono essere dovute a cambiamenti nell'accelerazione e nel raffreddamento degli elettroni nel modello shock in jet.

Inoltre, una caratteristica stretta è stata identificata a circa 3,0 TeV nello spettro dei raggi gamma VHE dai telescopi MAGIC. Gli autori del documento hanno presentato alcuni scenari che potrebbero spiegare la natura di questa caratteristica, tuttavia sono necessari ulteriori studi per confermare quale sia il più plausibile.

"Abbiamo studiato tre scenari teorici che potrebbero riprodurlo:a) pile-up nella distribuzione dell'energia degli elettroni dovuta all'accelerazione stocastica; b) un getto strutturato con due regioni emettitrici di SSC (correlate o non correlate), con una regione dominata da una distribuzione di energia degli elettroni estremamente stretta; e c) un'emissione prodotta tramite una cascata di coppie IC [inverse Compton] indotta da elettroni accelerati in un vuoto magnetosferico, oltre all'emissione SSC da una regione più convenzionale lungo il getto di Mrk 501, " hanno concluso i ricercatori.

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