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T1  - Insights into the high-energy gamma-Ray emission of markarian 501 fromextensive multifrequency observations in the fermi era
JF  - The astrophysical journal : an international review of spectroscopy and astronomical physics
N2  - We report on the gamma-ray activity of the blazar Mrk 501 during the first 480 days of Fermi operation. We find that the average Large Area Telescope (LAT) gamma-ray spectrum of Mrk 501 can be well described by a single power-law function with a photon index of 1.78 +/- 0.03. While we observe relatively mild flux variations with the Fermi-LAT (within less than a factor of two), we detect remarkable spectral variability where the hardest observed spectral index within the LAT energy range is 1.52 +/- 0.14, and the softest one is 2.51 +/- 0.20. These unexpected spectral changes do not correlate with the measured flux variations above 0.3 GeV. In this paper, we also present the first results from the 4.5 month long multifrequency campaign (2009 March 15-August 1) on Mrk 501, which included the Very Long Baseline Array (VLBA), Swift, RXTE, MAGIC, and VERITAS, the F-GAMMA, GASP-WEBT, and other collaborations and instruments which provided excellent temporal and energy coverage of the source throughout the entire campaign. The extensive radio to TeV data set from this campaign provides us with the most detailed spectral energy distribution yet collected for this source during its relatively low activity. The average spectral energy distribution of Mrk 501 is well described by the standard one-zone synchrotron self-Compton (SSC) model. In the framework of this model, we find that the dominant emission region is characterized by a size less than or similar to 0.1 pc (comparable within a factor of few to the size of the partially resolved VLBA core at 15-43 GHz), and that the total jet power (similar or equal to 10(44) erg s(-1)) constitutes only a small fraction (similar to 10(-3)) of the Eddington luminosity. The energy distribution of the freshly accelerated radiating electrons required to fit the time-averaged data has a broken power-law form in the energy range 0.3 GeV-10 TeV, with spectral indices 2.2 and 2.7 below and above the break energy of 20 GeV. We argue that such a form is consistent with a scenario in which the bulk of the energy dissipation within the dominant emission zone of Mrk 501 is due to relativistic, proton-mediated shocks. We find that the ultrarelativistic electrons and mildly relativistic protons within the blazar zone, if comparable in number, are in approximate energy equipartition, with their energy dominating the jet magnetic field energy by about two orders of magnitude.
KW  - acceleration of particles
KW  - BL Lacertae objects: general
KW  - BL Lacertae objects: individual (Mrk 501)
KW  - galaxies: active
KW  - gamma rays: general
KW  - radiation mechanisms: non-thermal
Y1  - 2011
U6  - https://doi.org/10.1088/0004-637X/727/2/129
SN  - 0004-637X
VL  - 727
IS  - 2
PB  - IOP Publ. Ltd.
CY  - Bristol
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A1  - Huetten, M.
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A1  - Johnson, C. A.
A1  - Kaaret, P.
A1  - Kar, P.
A1  - Kelley-Hoskins, N.
A1  - Kertzman, M.
A1  - Kieda, D.
A1  - Krause, M.
A1  - Krennrich, F.
A1  - Kumar, S.
A1  - Lang, M. J.
A1  - Lin, T. T. Y.
A1  - Maier, G.
A1  - McArthur, S.
A1  - Moriarty, P.
A1  - Mukherjee, R.
A1  - Ong, R. A.
A1  - Otte, A. N.
A1  - Park, N.
A1  - Petrashyk, A.
A1  - Pichel, A.
A1  - Pohl, Martin
A1  - Quinn, J.
A1  - Ragan, K.
A1  - Reynolds, P. T.
A1  - Richards, G. T.
A1  - Roache, E.
A1  - Rovero, A. C.
A1  - Rulten, C.
A1  - Sadeh, I.
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A1  - Sembroski, G. H.
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A1  - Tyler, J.
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A1  - Grishina, T. S.
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A1  - Morozova, D. A.
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A1  - Troitsky, I. S.
A1  - Kurtanidze, O. M.
A1  - Nikolashvili, M. G.
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A1  - Kimeridze, G. N.
A1  - Chigladze, R. A.
A1  - Strigachev, A.
A1  - Sadun, A. C.
T1  - Extreme HBL behavior of Markarian 501 during 2012
JF  - Astronomy and astrophysics : an international weekly journal / European Southern Observatory (ESO)
N2  - Aims. We aim to characterize the multiwavelength emission from Markarian 501 (Mrk 501), quantify the energy-dependent variability, study the potential multiband correlations, and describe the temporal evolution of the broadband emission within leptonic theoretical scenarios. Methods. We organized a multiwavelength campaign to take place between March and July of 2012. Excellent temporal coverage was obtained with more than 25 instruments, including the MAGIC, FACT and VERITAS Cherenkov telescopes, the instruments on board the Swift and Fermi spacecraft, and the telescopes operated by the GASP-WEBT collaboration. Results. Mrk 501 showed a very high energy (VHE) gamma-ray flux above 0.2 TeV of similar to 0.5 times the Crab Nebula flux (CU) for most of the campaign. The highest activity occurred on 2012 June 9, when the VHE flux was similar to 3 CU, and the peak of the high-energy spectral component was found to be at similar to 2 TeV. Both the X-ray and VHE gamma-ray spectral slopes were measured to be extremely hard, with spectral indices <2 during most of the observing campaign, regardless of the X-ray and VHE flux. This study reports the hardest Mrk 501 VHE spectra measured to date. The fractional variability was found to increase with energy, with the highest variability occurring at VHE. Using the complete data set, we found correlation between the X-ray and VHE bands; however, if the June 9 flare is excluded, the correlation disappears (significance <3 sigma) despite the existence of substantial variability in the X-ray and VHE bands throughout the campaign. Conclusions. The unprecedentedly hard X-ray and VHE spectra measured imply that their low- and high-energy components peaked above 5 keV and 0.5 TeV, respectively, during a large fraction of the observing campaign, and hence that Mrk 501 behaved like an extreme high-frequency-peaked blazar (EHBL) throughout the 2012 observing season. This suggests that being an EHBL may not be a permanent characteristic of a blazar, but rather a state which may change over time. The data set acquired shows that the broadband spectral energy distribution (SED) of Mrk 501, and its transient evolution, is very complex, requiring, within the framework of synchrotron self-Compton (SSC) models, various emission regions for a satisfactory description. Nevertheless the one-zone SSC scenario can successfully describe the segments of the SED where most energy is emitted, with a significant correlation between the electron energy density and the VHE gamma-ray activity, suggesting that most of the variability may be explained by the injection of high-energy electrons. The one-zone SSC scenario used reproduces the behavior seen between the measured X-ray and VHE gamma-ray fluxes, and predicts that the correlation becomes stronger with increasing energy of the X-rays.
KW  - astroparticle physics
KW  - acceleration of particles
KW  - radiation mechanisms: non-thermal
KW  - BL Lacertae objects: general
KW  - BL Lacertae objects: individual: Mrk501
Y1  - 2018
U6  - https://doi.org/10.1051/0004-6361/201833704
SN  - 1432-0746
VL  - 620
PB  - EDP Sciences
CY  - Les Ulis
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Aleksic, J.
A1  - Ansoldi, S.
A1  - Antonelli, L. A.
A1  - Antoranz, P.
A1  - Babic, A.
A1  - Bangale, P.
A1  - de Almeida, U. Barres
A1  - Barrio, J. A.
A1  - Gonzalez, J. Becerra
A1  - Bednarek, W.
A1  - Bernardini, E.
A1  - Biasuzzi, B.
A1  - Biland, A.
A1  - Blanch Bigas, O.
A1  - Boller, A.
A1  - Bonnefoy, S.
A1  - Bonnoli, G.
A1  - Borracci, F.
A1  - Bretz, T.
A1  - Carmona, E.
A1  - Carosi, A.
A1  - Colin, P.
A1  - Colombo, E.
A1  - Contreras, J. L.
A1  - Cortina, J.
A1  - Covino, S.
A1  - Da Vela, P.
A1  - Dazzi, F.
A1  - De Angelis, A.
A1  - De Caneva, G.
A1  - De Lotto, B.
A1  - Wilhelmi, E. de Ona
A1  - Mendez, C. Delgado
A1  - Prester, Dijana Dominis
A1  - Dorner, D.
A1  - Doro, M.
A1  - Einecke, S.
A1  - Eisenacher, D.
A1  - Elsaesser, D.
A1  - Fonseca, M. V.
A1  - Font, L.
A1  - Frantzen, K.
A1  - Fruck, C.
A1  - Galindo, D.
A1  - Lopez, R. J. Garcia
A1  - Garczarczyk, M.
A1  - Terrats, D. Garrido
A1  - Gaug, M.
A1  - Godinovic, N.
A1  - Munoz, A. Gonzalez
A1  - Gozzini, S. R.
A1  - Hadasch, D.
A1  - Hanabata, Y.
A1  - Hayashida, M.
A1  - Herrera, J.
A1  - Hildebrand, D.
A1  - Hose, J.
A1  - Hrupec, D.
A1  - Hughes, G.
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A1  - Kellermann, H.
A1  - Knoetig, M. L.
A1  - Kodani, K.
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A1  - Krause, J.
A1  - Kubo, H.
A1  - Kushida, J.
A1  - La Barbera, A.
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A1  - Lewandowska, N.
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A1  - Lopez, M.
A1  - Lopez-Coto, R.
A1  - Lopez-Oramas, A.
A1  - Lorenz, E.
A1  - Lozano, I.
A1  - Makariev, M.
A1  - Mallot, K.
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A1  - Mannheim, K.
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A1  - Mirzoyan, R.
A1  - Moralejo, A.
A1  - Munar-Adrover, P.
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A1  - Nilsson, K.
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A1  - Noda, K.
A1  - Orito, R.
A1  - Overkemping, A.
A1  - Paiano, S.
A1  - Palatiello, M.
A1  - Paneque, D.
A1  - Paoletti, R.
A1  - Paredes, J. M.
A1  - Paredes-Fortuny, X.
A1  - Persic, M.
A1  - Moroni, P. G. Prada
A1  - Prandini, E.
A1  - Puljak, I.
A1  - Reinthal, R.
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A1  - Garcia, J. Rodriguez
A1  - Rugamer, S.
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A1  - Stamatescu, V.
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A1  - Temnikov, P.
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A1  - Teshima, M.
A1  - Thaele, J.
A1  - Tibolla, O.
A1  - Torres, D. F.
A1  - Toyama, T.
A1  - Treves, A.
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A1  - Vogler, P.
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A1  - Archambault, S.
A1  - Archer, A.
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A1  - Buckley, J. H.
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A1  - Chen, Xiaoming
A1  - Ciupik, L.
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A1  - Moriarty, P.
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A1  - Wilhelm, Alina
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A1  - Richards, J. L.
A1  - Ros, J. A.
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A1  - Sakamoto, T.
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A1  - Smith, P. S.
A1  - Tornikoski, M.
A1  - Troitsky, I. S.
A1  - Wehrle, A. E.
A1  - Jordan, B.
T1  - Unprecedented study of the broadband emission of Mrk 421 during flaring activity in March 2010
JF  - Astronomy and astrophysics : an international weekly journal
N2  - Context. Because of its proximity, Mrk 421 is one of the best sources on which to study the nature of BL Lac objects. Its proximity allows us to characterize its broadband spectral energy distribution (SED).
 Aims. The goal is to better understand the mechanisms responsible for the broadband emission and the temporal evolution of Mrk 421. These mechanisms may also apply to more distant blazars that cannot be studied with the same level of detail.
 Methods. A flare occurring in March 2010 was observed for 13 consecutive days (from MJD 55 265 to MJD 55 277) with unprecedented wavelength coverage from radio to very high energy (VHE; E > 100 GeV) gamma-rays with MAGIC, VERITAS, Whipple, Fermi-LAT, MAXI, RXTE, Swift, GASP-WEBT, and several optical and radio telescopes. We modeled the day-scale SEDs with one-zone and two-zone synchrotron self-Compton (SSC) models, investigated the physical parameters, and evaluated whether the observed broadband SED variability can be associated with variations in the relativistic particle population.
 Results. The activity of Mrk 421 initially was high and then slowly decreased during the 13-day period. The flux variability was remarkable at the X-ray and VHE bands, but it was minor or not significant at the other bands. The variability in optical polarization was also minor. These observations revealed an almost linear correlation between the X-ray flux at the 2-10 keV band and the VHE gamma-ray flux above 200 GeV, consistent with the gamma-rays being produced by inverse-Compton scattering in the Klein-Nishina regime in the framework of SSC models. The one-zone SSC model can describe the SED of each day for the 13 consecutive days reasonably well, which once more shows the success of this standard theoretical scenario to describe the SEDs of VHE BL Lacs such as Mrk 421. This flaring activity is also very well described by a two-zone SSC model, where one zone is responsible for the quiescent emission, while the other smaller zone, which is spatially separated from the first, contributes to the daily variable emission occurring at X-rays and VHE gamma-rays. The second blob is assumed to have a smaller volume and a narrow electron energy distribution with 3 x 10(4) < gamma < 6 x 10(5), where. is the Lorentz factor of the electrons. Such a two-zone scenario would naturally lead to the correlated variability at the X-ray and VHE bands without variability at the optical/UV band, as well as to shorter timescales for the variability at the X-ray and VHE bands with respect to the variability at the other bands.
 Conclusions. Both the one-zone and the two-zone SSC models can describe the daily SEDs via the variation of only four or five model parameters, under the hypothesis that the variability is associated mostly with the underlying particle population. This shows that the particle acceleration and cooling mechanism that produces the radiating particles might be the main mechanism responsible for the broadband SED variations during the flaring episodes in blazars. The two-zone SSC model provides a better agreement with the observed SED at the narrow peaks of the low-and high-energy bumps during the highest activity, although the reported one-zone SSC model could be further improved by varying the parameters related to the emitting region itself (delta, B and R), in addition to the parameters related to the particle population.
KW  - radiation mechanisms: non-thermal
KW  - galaxies: active
KW  - BL Lacertae objects: individual: Mrk 421
KW  - gamma rays: galaxies
Y1  - 2015
U6  - https://doi.org/10.1051/0004-6361/201424811
SN  - 0004-6361
SN  - 1432-0746
VL  - 578
PB  - EDP Sciences
CY  - Les Ulis
ER  -