Minute-Timescale >100 MeV gamma-ray variability during the giant outburst of quasar 3C 279 observed by Fermi-LAT in 2015 June: Ammando 24,25 , F. de Palma 12

Markus Ackermann; R. Anantua; K. Asano; Luca Baldini; Guido Barbiellini; D. Bastieri; J. Becerra Gonzalez; R. Bellazzini; E. Bissaldi; R. D. Blandford; E. D. Bloom; R. Bonino; E. Bottacini; P. Bruel; R. Buehler; G. A. Caliandro; R. A. Cameron; M. Caragiulo; P. A. Caraveo; E. Cavazzuti; C. Cecchi; C. C. Cheung; J. Chiang; G. Chiaro; S. Ciprini; J. Cohen-Tanugi; F. Costanza; S. Cutini; F. D’ammando; F. De Palma; R. Desiante; S. W. Digel; N. Di Lalla; M. Di Mauro; L. Di Venere; P. S. Drell; C. Favuzzi; S. J. Fegan; E. C. Ferrara; Y. Fukazawa; S. Funk; P. Fusco; F. Gargano; D. Gasparrini; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; I. A. Grenier; Lucas Guillemot; S. Guiriec; M. Hayashida; E. Hays; D. Horan; G. Jóhannesson; S. Kensei; D. Kocevski; M. Kuss; G. La Mura; S. Larsson; L. Latronico; J. Li; F. Longo; F. Loparco; B. Lott; M. N. Lovellette; P. Lubrano; G. M. Madejski; J. D. Magill; S. Maldera; A. Manfreda; M. Mayer; M. N. Mazziotta; P. F. Michelson; N. Mirabal; T. Mizuno; M. E. Monzani; A. Morselli; I. V. Moskalenko; K. Nalewajko; M. Negro; E. Nuss; T. Ohsugi; E. Orlando; D. Paneque; J. S. Perkins; M. Pesce-Rollins; F. Piron; G. Pivato; T. A. Porter; G. Principe; R. Rando; M. Razzano; S. Razzaque; A. Reimer; J. D. Scargle; C. Sgrò; M. Sikora; D. Simone; E. J. Siskind; F. Spada; P. Spinelli; L. Stawarz; J. B. Thayer; D. J. Thompson; D. F. Torres; E. Troja; Y. Uchiyama; Y. Yuan; S. Zimmer

doi:10.3847/2041-8205/824/2/L20

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Minute-Timescale >100 MeV gamma-ray variability during the giant outburst of quasar 3C 279 observed by Fermi-LAT in 2015 June: Ammando 24,25 , F. de Palma 12

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Minute-Timescale >100 MeV gamma-ray variability during the giant outburst of quasar 3C 279 observed by Fermi-LAT in 2015 June: Ammando 24,25 , F. de Palma 12

Markus Ackermann, R. Anantua, K. Asano, Luca Baldini, Guido Barbiellini, D. Bastieri, J. Becerra Gonzalez, R. Bellazzini, E. Bissaldi, R. D. Blandford, …

The Astrophysical Journal Letters, Vol.824(L20)

06/2016

DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8205/824/2/L20

Abstract

radiation mechanisms: non-thermal

gamma rays: galaxies

quasars: individual (3C 27

galaxies: jets

galaxies: active

On 2015 June 16, Fermi-LAT observed a giant outburst from the flat spectrum radio quasar 3C 279 with a peak $>100$ MeV flux of $\sim3.6\times10^{-5}\;{\rm photons}\;{\rm cm}^{-2}\;{\rm s}^{-1}$ averaged over orbital period intervals. It is the historically highest $\gamma$-ray flux observed from the source including past EGRET observations, with the $\gamma$-ray isotropic luminosity reaching $\sim10^{49}\;{\rm erg}\;{\rm s}^{-1}$. During the outburst, the Fermi spacecraft, which has an orbital period of 95.4 min, was operated in a special pointing mode to optimize the exposure for 3C 279. For the first time, significant flux variability at sub-orbital timescales was found in blazar observations by Fermi-LAT. The source flux variability was resolved down to 2-min binned timescales, with flux doubling times less than 5 min. The observed minute-scale variability suggests a very compact emission region at hundreds of Schwarzschild radii from the central engine in conical jet models. A minimum bulk jet Lorentz factor ($\Gamma$) of 35 is necessary to avoid both internal $\gamma$-ray absorption and super-Eddington jet power. In the standard external-radiation-Comptonization scenario, $\Gamma$ should be at least 50 to avoid overproducing the synchrotron-self-Compton component. However, this predicts extremely low magnetization ($\sim5\times10^{-4}$). Equipartition requires $\Gamma$ as high as 120, unless the emitting region is a small fraction of the dissipation region. Alternatively, we consider $\gamma$ rays originating as synchrotron radiation of $\gamma_{\rm e}\sim1.6\times10^6$ electrons, in magnetic field $B\sim1.3$ kG, accelerated by strong electric fields $E\sim B$ in the process of magnetoluminescence. At such short distance scales, one cannot immediately exclude production of $\gamma$ rays in hadronic processes.

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Details

Title: Minute-Timescale >100 MeV gamma-ray variability during the giant outburst of quasar 3C 279 observed by Fermi-LAT in 2015 June
Creators - without role: Markus Ackermann - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
R. Anantua - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
K. Asano - The University of Tokyo
Luca Baldini - Stanford University
Guido Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
J. Becerra Gonzalez - University of Maryland, College Park
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
P. Bruel - Laboratoire Leprince-Ringuet
R. Buehler - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
G. A. Caliandro - Stanford University
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. Cohen-Tanugi - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
F. Costanza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. D’ammando - Istituto di Radioastronomia di Bologna
F. De Palma
R. Desiante - University of Udine
S. W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - UGC DAE Consortium for Scientific Research
M. Di Mauro - Department of Molecular Medicine
L. Di Venere
P. S. Drell - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
C. Favuzzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. J. Fegan - École Polytechnique
E. C. Ferrara - Goddard Space Flight Center
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 - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Giordano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
I. A. Grenier - Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
Lucas Guillemot - Observatoire de Paris
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
M. Hayashida - The University of Tokyo
E. Hays - Goddard Space Flight Center
D. Horan - Laboratoire Leprince-Ringuet
G. Jóhannesson - University of Iceland
S. Kensei - Hiroshima University
D. Kocevski - Goddard Space Flight Center
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. La Mura - DIEE
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 - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
F. Loparco - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
B. Lott - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
M. N. Lovellette - United States Naval Research Laboratory
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
G. M. Madejski - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
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
M. Mayer - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
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
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
K. Nalewajko - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
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
E. Orlando - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
D. Paneque - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J. S. Perkins - Goddard Space Flight Center
M. Pesce-Rollins - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
F. Piron - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
G. Pivato - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
T. A. Porter - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
G. Principe - Universitätsklinikum Erlangen
R. Rando - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova
M. Razzano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Razzaque - University of Johannesburg
A. Reimer - Universität Innsbruck
J. D. Scargle - Ames Research Center
C. Sgrò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Sikora - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
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
P. Spinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
L. Stawarz
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. Troja - Goddard Space Flight Center
Y. Uchiyama - Department of Physics [Tokyo]
Y. Yuan - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
S. Zimmer - University of Geneva
Publication Details: The Astrophysical Journal Letters, Vol.824(L20)
Identifiers: 9933610309311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: insu-01360099