Gamma-ray Blazars Within the First 2 Billion Years

M. Ackermann; M. Ajello; L. Baldini; J. Ballet; G. Barbiellini; D. Bastieri; J. Becerra Gonzalez; R. Bellazzini; E. Bissaldi; R.D. Blandford; E.D. Bloom; R. Bonino; E. Bottacini; J. Bregeon; P. Bruel; R. Buehler; S. Buson; R.A. Cameron; M. Caragiulo; P.A. Caraveo; E. Cavazzuti; C. Cecchi; C.C. Cheung; J. Chiang; G. Chiaro; S. Ciprini; J. Conrad; D. Costantin; F. Costanza; S. Cutini; F. d'Ammando; F. de Palma; R. Desiante; S.W. Digel; N. Di Lalla; M. Di Mauro; L. Di Venere; A. Domínguez; P.S. Drell; C. Favuzzi; S.J. Fegan; E.C. Ferrara; J. Finke; W.B. Focke; Y. Fukazawa; S. Funk; P. Fusco; F. Gargano; D. Gasparrini; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; D. Green; I.A. Grenier; L. Guillemot; S. Guiriec; D.H. Hartmann; E. Hays; D. Horan; T. Jogler; G. Jóhannesson; A.S. Johnson; M. Kuss; G. La Mura; S. Larsson; L. Latronico; J. Li; F. Longo; F. Loparco; M.N. Lovellette; P. Lubrano; J.D. Magill; S. Maldera; A. Manfreda; L. Marcotulli; M.N. Mazziotta; P.F. Michelson; N. Mirabal; W. Mitthumsiri; T. Mizuno; M.E. Monzani; A. Morselli; I.V. Moskalenko; M. Negro; E. Nuss; T. Ohsugi; R. Ojha; N. Omodei; M. Orienti; E. Orlando; J.F. Ormes; V.S. Paliya; D. Paneque; J.S. Perkins; M. Persic; M. Pesce-Rollins; F. Piron; T.A. Porter; G. Principe; S. Rainò; R. Rando; B. Rani; M. Razzano; S. Razzaque; A. Reimer; O. Reimer; R.W. Romani; C. Sgrò; D. Simone; E.J. Siskind; F. Spada; G. Spandre; P. Spinelli; C.S. Stalin; L. Stawarz; D.J. Suson; M. Takahashi; K. Tanaka; J.B. Thayer; D.J. Thompson; D.F. Torres; E. Torresi; G. Tosti; E. Troja; G. Vianello; K.S. Wood

doi:10.3847/2041-8213/aa5fff

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Gamma-ray Blazars Within the First 2 Billion Years

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Peer reviewed

Gamma-ray Blazars Within the First 2 Billion Years

M. Ackermann, M. Ajello, L. Baldini, J. Ballet, G. Barbiellini, D. Bastieri, J. Becerra Gonzalez, R. Bellazzini, E. Bissaldi, R.D. Blandford, …

The Astrophysical Journal Letters, Vol.837(1)

2017

DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/aa5fff

Abstract

galaxies: active

galaxies: high-redshift

galaxies: jets

gamma rays: galaxies

quasars: general

The detection of high-redshift ($z\,\gt 3$) blazars enables the study of the evolution of the most luminous relativistic jets over cosmic time. More importantly, high-redshift blazars tend to host massive black holes and can be used to constrain the space density of heavy black holes in the early universe. Here, we report the first detection with the Fermi-Large Area Telescope of five γ-ray-emitting blazars beyond z = 3.1, more distant than any blazars previously detected in γ-rays. Among these five objects, NVSS J151002+570243 is now the most distant known γ-ray-emitting blazar at z = 4.31. These objects have steeply falling γ-ray spectral energy distributions (SEDs), and those that have been observed in X-rays have a very hard X-ray spectrum, both typical of powerful blazars. Their Compton dominance (ratio of the inverse Compton to synchrotron peak luminosities) is also very large ($\gt 20$). All of these properties place these objects among the most extreme members of the blazar population. Their optical spectra and the modeling of their optical-UV SEDs confirm that these objects harbor massive black holes (${M}_{\mathrm{BH}}\sim {10}^{8-10}\,{M}_{\odot }$). We find that, at $z\approx 4$, the space density of $\gt {10}^{9}\,{M}_{\odot }$ black holes hosted in radio-loud and radio-quiet active galactic nuclei are similar, implying that radio-loudness may play a key role in rapid black hole growth in the early universe.

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Details

Title: Gamma-ray Blazars Within the First 2 Billion Years
Creators - without role: M. Ackermann - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
M. Ajello
L. Baldini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
J. Ballet - CEA Paris-Saclay
G. Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
J. Becerra Gonzalez
R. Bellazzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bissaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R.D. Blandford - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
E.D. Bloom - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Bonino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Bottacini - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J. Bregeon - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
P. Bruel - Centre National de la Recherche Scientifique
R. Buehler - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
S. Buson - Goddard Space Flight Center
R.A. Cameron - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Caragiulo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.A. Caraveo - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano
E. Cavazzuti - Agenzia Spaziale Italiana
C. Cecchi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
C.C. Cheung - United States Naval Research Laboratory
J. Chiang - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
G. Chiaro - University of Padua
S. Ciprini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
J. Conrad - Stockholm University
D. Costantin - University of Padua
F. Costanza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. d'Ammando
F. de Palma - Pegaso University
R. Desiante - University of Udine
S.W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Di Mauro - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Di Venere - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
A. Domínguez
P.S. Drell - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
C. Favuzzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S.J. Fegan - Laboratoire Leprince-Ringuet
E.C. Ferrara - Goddard Space Flight Center
J. Finke - United States Naval Research Laboratory
W.B. Focke - Stanford University
Y. Fukazawa - Hiroshima University
S. Funk - Universitätsklinikum Erlangen
P. Fusco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Gargano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
N. Giglietto - Polytechnic University of Bari
F. Giordano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
D. Green - Goddard Space Flight Center
I.A. Grenier - Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
L. Guillemot - Observatoire de Paris
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
D.H. Hartmann
E. Hays - Goddard Space Flight Center
D. Horan - Laboratoire Leprince-Ringuet
T. Jogler - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
G. Jóhannesson - University of Iceland
A.S. Johnson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. La Mura - University of Padua
S. Larsson - Fraunhofer Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics
L. Latronico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li - Institute of Space Sciences
F. Longo - University of Trieste
F. Loparco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M.N. Lovellette - United States Naval Research Laboratory
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
J.D. Magill - University of Maryland, College Park
S. Maldera - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
A. Manfreda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
L. Marcotulli
M.N. Mazziotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.F. Michelson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Mirabal - Goddard Space Flight Center
W. Mitthumsiri - Mahidol University
T. Mizuno - Hiroshima University
M.E. Monzani - SLAC National Accelerator Laboratory
A. Morselli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata
I.V. Moskalenko - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Negro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Nuss - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Ohsugi - Hiroshima University
R. Ojha - Goddard Space Flight Center
N. Omodei - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Orienti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
E. Orlando - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.F. Ormes - University of Denver
V.S. Paliya
D. Paneque - Max Planck Institute for Physics
J.S. Perkins - Goddard Space Flight Center
M. Persic - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
M. Pesce-Rollins - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
F. Piron - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T.A. Porter - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
G. Principe - Universitätsklinikum Erlangen
S. Rainò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Rando - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova
B. Rani - Goddard Space Flight Center
M. Razzano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Razzaque - University of Johannesburg
A. Reimer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
O. Reimer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R.W. Romani - Stanford University
C. Sgrò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
D. Simone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
E.J. Siskind - Real Time Tomography
F. Spada - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Spandre - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
C.S. Stalin - Indian Institute of Astrophysics
L. Stawarz
D.J. Suson - Purdue University Northwest
M. Takahashi - Max Planck Institute for Physics
K. Tanaka - Hiroshima University
J.B. Thayer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
D.J. Thompson - Goddard Space Flight Center
D.F. Torres - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats
E. Torresi - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Bologna
G. Tosti - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
E. Troja - Goddard Space Flight Center
G. Vianello - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
K.S. Wood - Praxis
Publication Details: The Astrophysical Journal Letters, Vol.837(1)
Identifiers: 9933901709311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-01554741