[論文レビュー] Breaking the Blazar Sequence: A New View of Radio Loud AGN Unification

Eileen T. Meyer, G. Fossati+2 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、標準的なブラザールシーケンスに挑戦し、『弱い』ジェット（FR Iに類似、低降着率）と『強い』ジェット（FSRQに類似、高降着率）の2つの明著な放射銀河核（AGN）集団を、ジェットの運動エネルギー出力と構造によって区別することを明らかにした。ジェット運動エネルギー出力と構造に基づき、νpeak–Lpeak平面における折れ線型のパワーロウシーケンスを提唱し、最も強力なジェットにおけるγ線放射が、SSCではなく外部コンプトン過程によって生じることを示した。これは、ブラザール統一理論における長年の矛盾を解消するものである。

ABSTRACT

In recent work, we have identified two sub-populations of radio-loud AGN which appear to be distinguished by jet structure, where low-efficiency accreting systems produce `weak' jets which decelerate more rapidly than the `strong' jets of black holes accreting near the Eddington limit. The two classes are comprised of: (1) The weak jet sources, corresponding to FR I radio galaxies, having a decelerating or spine-sheath jet with velocity gradients, and (2) The strong jet sources, having fast, collimated jets, and typically displaying strong emission lines. The dichotomy in the u_peak-L_peak plane can be understood as a `broken power sequence' in which jets exist on one branch or the other based on the particular accretion mode. We suggest that the intrinsic kinetic power (as measured by low-frequency, isotropic radio emission), the orientation, and the accretion rate of the SMBH system are the the fundamental axes needed for unification of radio-loud AGN by studying a well-characterized sample of several hundred Fermi-detected jets. Finally, we present very recent findings that the most powerful strong jets produce gamma-rays by external Compton rather than SSC emission, placing the dissipation region in these strong jets at a radius inside the BLR and/or molecular torus.

研究の動機と目的

• 標準的なブラザールシーケンスの矛盾を解消するため、放射銀河核（AGN）における根本的な二分法を同定すること。
• ジェット運動エネルギー出力と方位（電波核の優位性を介して）が、放射銀河核における観測されたSED多様性を統一できるかを検証すること。
• 強力ジェットにおけるγ線放射の起源を調査し、特に外部コンプトン過程がSSCを上回るかどうかを検討すること。
• 光学分類（FSRQ 対 BL Lacs）がブラザール統一理論において果たす役割を再評価すること。これは、誤分類のリスクがあるため。
• Fermiが観測した『ブラザールエンVELOPE』を、ジェット運動エネルギー出力と方位の自然な結果として説明すること。

提案手法

• 電波からγ線帯域にわたり、良好にサンプリングされたSEDを持つ数百ものFermi検出AGNジェットのサンプルを分析した。
• 低周波数における等方的電波放射出力（Lkin）を、内在的ジェット運動エネルギー出力の代理指標として用いた。
• ジェットの方位とドーピラー補正の指標として、電波核優位性（R = log Lcore/Lext）を適用した。
• νpeak–Lpeak平面にソースをマッピングし、連続的シーケンスではなく二峰性分布を特定した。
• シンクロtron自己コンプトン（SSC）と外部コンプトン（EC）放射メカニズムの両方を用いてスペクトルエネルギー分布（SED）をモデル化した。
• コンプトン優位性（CD）が電波核優位性に依存する様子を評価し、主要な放射過程（EC 対 SSC）を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 νpeak–Lpeak平面における観測された二峰性分布は、方位以外の1つの根本的物理的パラメータで説明可能か？
• RQ2 ジェット運動エネルギー出力（Lkin）は、光学的タイプよりも放射銀河核（AGN）分類においてより根本的な判別基準となるか？
• RQ3 強力ジェットにおけるγ線放射がSSCかECプロセスによって生じるかの決定要因は何か？
• RQ4 なぜ一部の強力FSRQがBL Lacsとして現れ、逆に一部のBL LacsがFSRQとして現れるのか？これは統一理論にどのような影響を与えるか？
• RQ5 Fermi観測で得られた『ブラザールエンVELOPE』は、ジェット運動エネルギー出力と方位とどのように関係しているか？

主な発見

• ブラザールシーケンスは連続的ではなく、『弱い』ジェット（Lkin < 10^44.5 erg s⁻¹）と『強い』ジェット（より高いLkin）の2つの明確な分岐から成り、それぞれ異なるSED行動を示す。
• 弱いジェット分岐には、方向がずれたFR I電波銀河と低出力のHSP BL Lacsが含まれ、減速するジェットが速度勾配を示す。
• 強いジェット分岐には、高速で集束したジェットと強い発光線を示す強力なFSRQが含まれ、電波核優位性の低下に伴いLpeakが急激に減少する。
• 最も強力な強力ジェットにおけるγ線放射は、外部コンプトン（EC）プロセスによって最もよく説明され、エネルギー散逸領域がBLRまたは分子トルス内にあるとされる。
• コンプトン優位性と電波核優位性の正の相関は、高出力で良好に整列したジェットにおいてEC優位性が支配的であることを支持する。
• Fermiが観測したブラザールエンVELOPEは、ジェット運動エネルギー出力と方位の自然な結果として説明可能であり、統計的異常ではない。