[論文レビュー] Consequences of a possible jet-star interaction in the inner central parsec of Centaurus A

C. Mueller, M. Kadler+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、3.5年間のVLBIモニタリングを通じて観測されたケンタウルスAの内側ジェットに見られる持続的な「トーンフォーク」形の特徴が、ブラックホールから約0.4 pcの位置でジェットと星の相互作用によって生じると提案している。この相互作用は、スパイン・シース構造や下流での加速を含む複雑なジェット力学を説明でき、高エネルギー放射やニュートリノ生成にも寄与する可能性がある。

ABSTRACT

The jet-counterjet system of the closest radio-loud active galaxy Centaurus A (Cen A) can be studied with Very Long Baseline Interferometry (VLBI) on unprecedented small linear scales of ~0.018pc. These high-resolution observations provide essential information on jet emission and propagation within the inner parsec of an AGN jet. We present the results of a kinematic study performed within the framework of the Southern-hemisphere AGN monitoring program TANAMI. Over 3.5years, the evolution of the central-parsec jet structure of Cen A was monitored with VLBI. These observations reveal complex jet dynamics which are well explained by a spine-sheath structure supported by the downstream acceleration occurring where the jet becomes optically thin. Both moving and stationary jet features are tracked. A persistent local minimum in surface brightness suggests the presence of an obstacle interrupting the jet flow, which can be explained by the interaction of the jet with a star at a distance of ~0.4pc from the central black hole. We briefly discuss possible implications of such an interaction regarding the expected neutrino and high-energy emission and the effect on a putative planet.

研究の動機と目的

• 高解像度VLBI観測を用いてケンタウルスAの内側パーセクスケールジェットの運動学的構造を調査すること。
• 持続的なジェット特徴、たとえば「トーンフォーク」形の構造が、星の対象と相互作用することによって生じるかどうかを特定すること。
• ジェット-星の相互作用が高エネルギー放射、ニュートリノ生成、および惑星系の安定性に与える影響を評価すること。
• 輝度温度とジェット対カウンタージェット比を用いてジェットの傾き角と全体的流れの速度を制約すること。

提案手法

• 南半球の電波望遠鏡（南極、オーストラリア、チリ、南アフリカ、ニュージーランド）を用いて、ケンタウルスAを8.4 GHzで複数エポックにわたるVLBIモニタリングを実施した。
• 0.018 pc程度のサブミリアーセンド分解能でジェット構造を解像し、移動成分と静止成分の追跡を可能にした。
• 顕著な成分の速度と輝度温度の時間的変化を分析することで、スパイン・シース構造と下流での加速を推定した。
• ジェット対カウンタージェットのflux比を用いて、ジェットの傾き角をθ ~ 12°–45°に制約した。
• 約25 masの位置に見られる持続的な表面輝度最小値を、ジェットと星風との相互作用に起因するバッシュ・ショックとしてモデル化した。
• 衝撃加速と粒子生成の理論的モデルを用いて、ジェット-星相互作用による潜在的な高エネルギー放射を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ケンタウルスAの内側ジェットに見られる、ジェットの拡張と表面輝度最小値を特徴とする持続的な「トーンフォーク」形の構造の原因は何か？
• RQ2 0.1c～0.3cの顕著な速度が観測されるジェット運動学的挙動は、下流での加速を伴うスパイン・シース構造によって説明可能か？
• RQ3 ジェット-星の相互作用が、ケンタウルスAからの高エネルギーγ線およびニュートリノ放射に与える影響は何か？
• RQ4 近接した惑星は、ジェット-星相互作用イベントに起因するγ線およびX線放射によってどのように影響を受けるか？
• RQ5 ケンタウルスAの核部で持続的に観測されるγ線放射が、繰り返し発生するジェット-星相互作用によって変調されている可能性はあるか？

主な発見

• 核部から約25 masの位置に見られる持続的な表面輝度最小値は、「トーンフォーク」形を形成しており、ブラックホールから約0.4 pcの位置でジェットと星の相互作用の証拠と解釈される。
• ジェット成分の速度は0.1cから0.3cの範囲にあり、スパイン・シース構造と下流での加速（ジェットが光学的薄くなる領域）と整合的である。
• ジェット対カウンタージェットflux比に基づき、ジェットの傾き角はθ ~ 12°–45°に制約され、kpcスケールのジェット観測と整合的である。
• 核部から約3.5 masの位置に長期間にわたり安定した成分が存在し、その輝度温度は一定でスペクトルが急勾配であるため、ジェットノズルまたは衝撃波面である可能性がある。
• 理論的モデルによれば、約1 pcの距離で発生する1回のジェット-星相互作用によって、γ線放射出力が約10³⁷–10³⁸ erg s⁻¹に達する可能性があり、観測されたレベルと同等である。
• AGN核部から200 pc以内に存在する惑星は、数分間で100 kJ m⁻²を超えるγ線フラランスにさらわれ、オゾーン層の深刻な損傷と地表への紫外線露出のリスクを被る可能性がある。