[論文レビュー] BL Lac Objects and Blazars: Past, Present, and Future

C. M. Urry|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、過去20年間におけるBL Lac対象およびブレーザーの理解の進化をレビューし、それらが我々の視線方向に整列した相対論的ジェットを有する電波強度の高いAGN（AGN）として分類されることを確立している。自己相似的な二峰性スペクトルエネルギー分布（SED）が、環境光子に対する電子の冷却によって駆動される統一的モデルとして提示されているが、ジェットのエネルギー効率、粒子の内容、加速メカニズムに関する未解決の問題を強調し、内側ジェットのダイナミクスや宿主銀河との関係を解明するための長期的で多波長にわたるモニタリングおよび将来的なEUV/X線観測の必要性を強調している。

ABSTRACT

The past 20 years have seen phenomenal progress in our understanding of BL Lac objects. They form part of the blazar class, which are radio-loud AGN whose relativistic jets are aligned along our line of sight. Several critical milestones have helped establish this picture, first proposed at the Pittsburgh BL Lac meeting 20 years ago, most recently the EGRET and TeV detections of beamed gamma-ray emission. The spectral energy distributions are double peaked and follow a self-similar sequence in luminosity, which can be explained by electron cooling on ambient photons. This simple paradigm has yet to be tested, and further questions remain, notably about physical conditions in blazar jets --- the kinetic power, magnetic energy density, acceleration time scales, proton content, etc. --- and how this energy is transported in the innermost regions. Some clues are available from multiwavelength monitoring campaigns although better sampling over longer periods is clearly called for. Recent work on the host galaxies of BL Lac objects supports their unification with low-power, aligned FRI radio galaxies. Nature makes jets with a large range of kinetic powers, but the relative number densities of low-luminosity ("blue" BL Lacs) or high-luminosity ("red" BL Lacs and FSRQ) blazars --- is highly uncertain. Since according to unified schemes blazars are representative of all radio-loud AGN, their jet properties have broad implications. Future EUV/X-ray observations will illuminate the circumnuclear structure, especially the hot, highly ionized, high velocity gas on sub-parsec scales, which could play a role in jet dynamics and could possibly affect the formation of FRI vs. FRII type jets. The study of blazars may also help us eventually understand the difference between radio-quiet and radio-loud AGN. [slightly abridged]

研究の動機と目的

• 過去20年間のBL Lac対象およびそれらが活動銀河核（AGN）全体の文脈において果たす役割に関する理解の進展を統合する。
• EGRETやTeVガンマ線検出といった重要な観測的マイルストーンに基づき、視線方向に整列したジェットを有する電波強度の高いAGNのサブセットとしてのブレーザークラスを確立する。
• 逆コンプトン散乱および電子冷却によって駆動される自己相似的二峰性スペクトルエネルギー分布（SED）を、ブレーザー放射の統一的パラダイムとして検討する。
• ジェットのエネルギー効率、磁場エネルギー密度、粒子加速の時間スケール、および内側ジェット領域における陽子の内容に関する、重要な未解決の問題を特定する。
• 円周核ガスおよびジェット形成メカニズムを解明するため、長期的で多波長にわたるモニタリングキャンペーンおよび将来的なEUV/X線観測を提唱する。

提案手法

• 電波からTeVガンマ線にまで及ぶ多波長スペクトルエネルギー分布（SED）の分析により、すべてのブレーザーに共通する二峰性構造を同定する。
• 全ブレーザー序列にわたって、発光度およびピーク周波数が予測可能にスケーリングされる自己相似的SEDモデルの適用。
• 視線方向に近接して整列したジェットからのドップラー効果による強化を説明する相対論的ビーミング理論の適用。
• FRI電波銀河（低出力）と比較して、BL Lacの宿主銀河を検討し、統一スキームを支持する。
• EGRETおよびTeV検出器（例：HEGRA）からの観測的制約を、高エネルギー放射およびジェットのビーミングに関する評価に用いる。
• PASP会議スタイルおよび1998年のBL Lac現象に関するトゥルク会議のデータを、統合と将来志向の提言の基盤として用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 BL Lac対象およびブレーザーのスペクトルエネルギー分布は、どの程度自己相似的シーケンスに従っており、その背後にある物理的プロセスは何か？
• RQ2 ジェット内部の物理的状態、すなわち運動エネルギー、磁場エネルギー密度、粒子加速の時間スケールは何か？
• RQ3 BL Lac対象の宿主銀河は、低出力で方向が整ったFRI電波銀河との統一をどの程度支持するか？
• RQ4 低出力（「青」）対象と高出力（「赤」）対象の相対的数密度の不確実性は、なぜ依然として高いままなのか？
• RQ5 数パーセクスケールの高温でイオン化され、高速なガスは、FRI型とFRII型ジェットの形成にどのように影響を与えるだろうか？

主な発見

• ブレーザーの二峰性SEDは、発光度にわたって自己相似的シーケンスに従っており、環境光子に対する電子冷却によって支配される共通の放射メカニズムを示唆している。
• EGRETおよびTeVガンマ線検出は、相対論的ビーミングの強力な証拠を提供し、ブレーザーのジェット方向モデルを確認している。
• 宿主銀河の研究は、BL Lac対象が低出力で方向が整ったFRI電波銀河と統一されていることを支持しており、電波強度の高いAGNの統一スキームを強化している。
• 進展は見られても、ブレーザーのジェットにおける運動エネルギー、磁場エネルギー密度、粒子加速の時間スケールは依然として poorly constrained であり、直接観測による検証はなされていない。
• 将来的なEUVおよびX線観測は、ジェット形成およびダイナミクスに影響を与える可能性のある、円周核領域の高温でイオン化され、高速なガスを調査するために不可欠である。
• 電波強度の高いAGNと電波弱いAGNの間の未解決の相違は、ブレーザーのジェット特性およびその宿主環境のより深い研究によって解明される可能性がある。