Multi-wavelength study of Mrk 421 during a TeV flare

Repository for Publications and Research Data (ETH Zurich)

Abstract

The blazar Mrk 421 shows frequent, short flares in the TeV energy regime. Due to the fast nature of such episodes, we often fail to obtain sufficient simultaneous information about flux variations in several energy bands. To overcome this lack of multi-wavelength (MWL) coverage, especially for the pre- and post-flare periods, we have set up a monitoring program with the FACT telescope (TeV energies) and the Neil Gehrels Swift Observatory (X-rays). On 2019 June 9, Mrk 421 showed a TeV outburst reaching a flux level of more than two times the flux of the Crab Nebula at TeV energies. We acquired simultaneous data in the X-rays with additional observations by XMM-Newton and INTEGRAL. For the first time, we can study a TeV blazar in outburst taking advantage of highly sensitive X-ray data from XMM-Newton and INTEGRAL combined. Our data set is complemented by pointed radio observations by Effelsberg at GHz frequencies. We present our first results, including the gamma-ray and X-ray light curves, a timing analysis of the X-ray data obtained with XMM-Newton, as well as the radio spectra before, during and after the flare.

Authors 21

1. Andrea Gokus Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

2. A. Kreikenbohm Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

3. Katharina Leiter Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

4. T. Bretz Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

5. Thomas Dauser Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

6. D. Dorner Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

7. D. Elsäesser Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

   𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

8. Florian Eppel
9. Matthias Kadler Aachen

   RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

   Affiliation as printed

   Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

   𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

   𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

   𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

   𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

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10. M. Kreter Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

    Affiliation as printed

    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

11. I. Kreykenbohm Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

12. M. Langejahn Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

    Affiliation as printed

    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

13. K. Mannheim Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

    Affiliation as printed

    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

14. P. Thalhammer Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

    Affiliation as printed

    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

15. J. Wilms Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

16. A. Biland Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

    Affiliation as printed

    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

17. Laura Eisenberger Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

18. Roman Iotov Aachen

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    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

19. Adelina Kalenski Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

20. Bernd Schleicher Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany

21. Vitalii Sliusar Aachen

    RWTH Aachen University · ETH Zurich · Institute for Particle Physics and Astrophysics · Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg · University of Würzburg · TU Dortmund University · Max Planck Institute for Radio Astronomy

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    Remeis-Observatory and Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Universität Erlangen-Nürnberg, Sternwartstr. 7, 96049 Bamberg, Germany

    𝑏 Lehrstuhl für Astronomie, Universität Würzburg, Emil-Fischer-Straße 31, 97074 Würzburg, Germany

    𝑐 ETH Zürich, Institute for Particle Physics and Astrophysics, Otto-Stern-Weg 5, 8093 Zürich, Switzerland

    𝑑 RWTH Aachen, Experimental Physics 3a, Sommerfeldstraße, 52074 Aachen, Germany

    𝑒 TU Dortmund, Experimental Physics 5, Otto-Hahn-Str. 4a, 44227 Dortmund, Germany

    𝑓 Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Auf dem Hügel 69, 53121, Bonn, Germany