[論文レビュー] Compton Dominance and the Blazar Sequence

Justin D. Finke|Dec 4, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、blazarシーケンス（冷却ピーク周波数とランクの相関）が物理的現象であるのか、赤方偏移測定の困難さに起因する選択バイアス（選択効果）であるのかを検証する。Fermi-LATのblazarデータを用いて、赤方偏移が不明なblazarを含む全blazarにおいても、コンプトン支配度（コンプトンピークランクとシンクロトロンピークランクの比）がシンクロトロンピーク周波数と相関することを示した。著者らは、ジェット磁場、外部放射場、観測角度の違いによって現象が説明できる単純なモデルを提唱し、今後高シンクロトロンピーク周波数で明るいblazarが発見されると予測している。これは観測結果と整合し、パラメータが相関しないモデルを除外する。

ABSTRACT

Does the "blazar sequence" exist, or is it a result of a selection effect, due to the difficulty in measuring the redshifts of blazars with both high synchrotron peak frequencies (\gtrsim 10^{15} Hz) and luminosities (\gtrsim 10^{46} erg s^{-1})? We explore this question with a sample of blazars from the Second Catalog of Active Galactic Nuclei (AGN) from the Fermi Large Area Telescope (LAT). The Compton dominance, the ratio of the peak of the Compton to the synchrotron peak luminosities, is essentially a redshift-independent quantity, and thus crucial to answering this question. We find that a correlation exists between Compton dominance and the peak frequency of the synchrotron component for all blazars in the sample, including ones with unknown redshift. We then construct a simple model to explain the blazar properties in our sample, where the difference between sources is due to only the magnetic field of the blazar jet emitting region, the external radiation field energy density, and the jet angle to the line of sight, with the magnetic field strength and external energy density being correlated. This model can reproduce the trends of the blazars in the sample, and predicts blazars may be discovered in the future with high synchrotron peak frequencies and luminosities. At the same time the simple model reproduces the lack of high-synchrotron peaked blazars with high Compton dominances (\gtrsim 1).

研究の動機と目的

• blazarシーケンスが赤方偏移測定の困難さに起因する選択バイアスであるのか、物理的相関であるのかを特定すること。
• 赤方偏移に依存しない量としてのコンプトン支配度を用い、赤方偏移に依存せずにblazarシーケンスを調査する診断ツールとしての有用性を検証すること。
• シンクロトロンピーク周波数とランクの間の観測された相関が、ジェット放射の物理的モデルと整合するかを検証すること。
• モンテカルロシミュレーションでパラメータが相関しないと仮定した代替モデルが、観測データを再現できるかを評価すること。
• 提案されたモデルに基づき、今後の調査で高シンクロトロンピーク周波数で明るいblazarが発見されると予測すること。

提案手法

• 本研究は、Fermi-LAT第二版AGNカタログに掲載されたblazarのサンプルを用い、測定済みまたは推定されたコンプトン支配度を持つ対象に焦点を当てる。
• コンプトン支配度は、ピークコンプトンランクとピークシンクロトロンランクの比として計算され、赤方偏移に依存しない指標である。
• ジェット磁場強度、外部放射場エネルギー密度、観測角度の違いがblazar間の差異を生じると仮定した単純な物理的モデルを構築する。
• 観測された傾向を再現するために、磁場強度と外部放射場エネルギー密度の間の相関を仮定する。
• モデルは、観測されたコンプトン支配度－シンクロトロンピーク周波数相関を検証し、パラメータが相関しないモデル（例：Giommi et al. 2012a）と比較する。
• モデルは、今後の調査で高シンクロトロンピーク周波数で高ランクのblazarが発見されると予測しており、特に視線方向に非常に整列したジェットを持つものである。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 blazarシーケンスは、赤方偏移測定バイアスに起因する選択効果であるのか、物理的相関であるのか？
• RQ2 赤方偏移が不明なblazarを含め、全blazarにおいてコンプトン支配度とシンクロトロンピーク周波数の相関が成立するか？
• RQ3 ジェット磁場、外部放射場、観測角度に基づく単純なモデルが、観測されたコンプトン支配度－シンクロトロンピーク周波数相関を再現できるか？
• RQ4 パラメータが相関しないモデル（例：Giommi et al. 2012a）は、観測されたように高コンプトン支配度・高シンクロトロンピーク周波数のblazarが存在しないことを予測するか？
• RQ5 外部コンプトン散乱とシンクロトロン自己コンプトン過程のどちらがコンプトン放射を支配しているかを区別する観測的特徴は何か？

主な発見

• Fermi-LATサンプルに含まれる全blazar、赤方偏移が不明な対象を含め、コンプトン支配度とシンクロトロンピーク周波数の間に有意な相関が存在する。
• 高コンプトン支配度（$A_C \gtrsim 1$）かつ高シンクロトロンピーク周波数（$\nu^{sy}_{pk} \gtrsim 10^{15}$ Hz）のblazarが観測されないことは、パラメータが相関しないモデル（例：Giommi et al. 2012a）を除外する。
• 磁場強度と外部放射場エネルギー密度の相関を仮定した提案モデルは、観測されたコンプトン支配度とシンクロトロンピーク周波数の傾向をうまく再現する。
• モデルは、今後の調査で高シンクロトロンピーク周波数で高ランクのblazarが発見されると予測している。特に視線方向に非常に整列したジェットを持つblazarが対象である。
• 現在のサンプルに明るく高ピーク周波数のblazarが存在しないことは、モデルと整合しており、このような源が選択バイアスによって欠落しているのではなく、本質的にまれであるか、特定の条件を満たす必要があることを示唆する。
• 結果は、blazarシーケンスが物理的実在であることを支持しており、コンプトン支配度がジェット物理学と降着モードを理解するための頑丈な赤方偏移に依存しない診断指標である。