Minute-Timescale >100 MeV gamma-ray variability during the giant outburst of quasar 3C 279 observed by Fermi-LAT in 2015 June
2 Dipartimento di Scienze Biomediche Sperimentali e Cliniche “Mario Serio”
3 US NRL - United States Naval Research Laboratory
4 SLAC - SLAC National Accelerator Laboratory
5 UGC-DAE Consortium for Scientific Research
6 Department of Molecular Medicine
7 GSFC - NASA Goddard Space Flight Center
8 LSHTM - London School of Hygiene and Tropical Medicine
9 INFN, sezione di Bari - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sezione di Bari
10 INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica [Rome]
11 ENSA Nantes - École nationale supérieure d'architecture de Nantes
12 UPD7 - Université Paris Diderot - Paris 7
13 USN - Unité Scientifique de la Station de Nançay
14 LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
15 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
16 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
17 DIEE
18 GU - Göteborgs Universitet = University of Gothenburg
19 ERTIM - Équipe de Recherche en Textes, Informatique, Multilinguisme
20 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
21 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
22 LPC - Laboratoire de Physique Corpusculaire - Clermont-Ferrand
23 HEPL - Hansen Experimental Physics Lab [Stanford]
24 UNITO - Università degli studi di Torino = University of Turin
25 INFN, Sezione di Torino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
26 UB - University of Botswana
27 Department of Animal and Avian Sciences
28 CHU Dijon - Centre Hospitalier Universitaire de Dijon - Hôpital François Mitterrand
29 LERMA - Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique
30 ENSA-V - École nationale supérieure d'architecture de Versailles
31 Sea Mammal Research Unit
32 Department of Physics [Tokyo]
33 Department of Biostatistics [Houston]
34 LCFC - Laboratoire de Conception Fabrication Commande
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Résumé
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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