[論文レビュー] A spinning supermassive black hole binary revealed by VLBI data on the jet of S5 1928+738

Emma Kun, K. É. Gabányi+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 11, 2014

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 2

ひとこと要約

18年間のVLBIデータを用いて、クェザーS5 1928+738のジェットをヘリカル構造としてモデル化し、ジェットの方位角傾きと位置角の周期的変動を検出し、それらを質量の大きな超大質量ブラックホール二重星系の公転運動と解釈した。ジェットの方位角傾きにスピン-軌道歪みによる線形的傾向が認められ、その歪み周期は4852±646年であり、質量の大きなブラックホールのスピンの存在を示す最初のVLBIベースの証拠を提供した。

ABSTRACT

Very Long Baseline Interferometry (VLBI) allows for high-resolution and high-sensitivity observations of relativistic jets, that can reveal periodicities of several years in their structure. We perform an analysis of long-term VLBI data of the quasar S5 1928+738 in terms of a geometric model of a helical structure projected onto the plane of the sky. We monitor the direction of the jet axis through its inclination and position angles. We decompose the variation of the inclination of the inner 2 milliarcseconds of the jet of S5 1928+738 into a periodic term with amplitude of ~0.89 deg and a linear decreasing trend with rate of ~0.05 deg/yr. We also decompose the variation of the position angle into a periodic term with amplitude of ~3.39 deg and a linear increasing trend with rate of ~0.24 deg/yr. We interpret the periodic components as arising from the orbital motion of a binary black hole inspiraling at the jet base and derive corrected values of the mass ratio and separation from the accumulated 18 years of VLBI data. Then we identify the linear trends in the variations as due to the slow reorientation of the spin of the jet emitter black hole induced by the spin-orbit precession and we determine the precession period T_SO=4852+/-646 yr of the more massive black hole, acting as the jet emitter. Our study provides indications, for the first time from VLBI jet kinematics, for the spinning nature of the jet-emitting black hole.

研究の動機と目的

• 18年間のVLBIデータを用いて、S5 1928+738の長期間にわたるジェット運動を解析し、周期的および定常的変動を検出すること。
• ジェットの傾きおよび位置角に見られる周期的変動が、超大質量ブラックホール二重星系に起因するものかどうかを特定すること。
• ジェットの方位角傾きの定常的傾向を、ジェットを発生させるブラックホールのスピン-軌道歪みの証拠として特定すること。
• 観測された周期性から、ブラックホール二重星系の質量比および分離距離を推定すること。
• 歪み周期の推定を通じて、質量の大きなブラックホールのスピン状態を推定すること。

提案手法

• 2ミリアーカ秒の核からのジェットの傾きおよび位置角の変化を追跡するため、18年間のVLBIデータを解析した。
• 観測された変動を、天球上に投影された幾何学的ヘリカルジェットモデルに適合させた。
• 時系列解析を用いて、傾きおよび位置角の変動を周期的成分と線形傾向成分に分解した。
• 周期的成分を用いて、ブラックホール二重星系の軌道パラメータ（質量比および分離距離）を推定した。
• 線形傾向をスピン-軌道歪みとしてモデル化し、質量の大きなブラックホールの歪み周期T_SO = 4852±646年を導出した。
• 長期にわたるデータの蓄積を活用して、導出パラメータに補正を加え、精度を向上させた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S5 1928+738のジェットの傾きおよび位置角における周期的変動は、超大質量ブラックホール二重星系の公転運動に起因すると解釈できるか？
• RQ2 ジェットの方位角傾きの定常的傾向から、S5 1928+738における質量の大きなブラックホールの歪み周期は何か？
• RQ3 観測された周期的および定常的変動は、ブラックホール二重星系の質量比および分離距離をどのように制約するか？
• RQ4 ジェット運動の解析は、ジェットを発生させるブラックホールのスピン状態をどのような証拠で示すか？
• RQ5 VLBIデータのみで、超大質量ブラックホール系におけるスピン-軌道歪みを検出できるか？

主な発見

• ジェットの傾きにおける周期的変動の振幅は約0.89度であり、これはブラックホール二重星系の公転運動に起因すると解釈される。
• ジェットの傾きにおける線形傾向は、年間約0.05度の減少率を示しており、スピン-軌道歪みと整合的である。
• 位置角における周期的変動の振幅は約3.39度であり、年間約0.24度の線形的増加傾向を示している。
• 質量の大きなブラックホールの歪み周期はT_SO = 4852 ± 646年と特定され、そのスピンの存在を直接示す証拠となった。
• 本研究では、ジェットを発生させる超大質量ブラックホールのスピン性を示す最初のVLBIベースの観測的証拠を特定した。
• 18年間の蓄積されたVLBIデータを用いて、ブラックホール二重星系の質量比および分離距離を補正し、信頼性を向上させた。