[論文レビュー] Continuing EVN monitoring of HST-1 in the jet of M87

Kazuhiro Hada, M. Giroletti+10 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、光度低下に伴い5 GHzから1.7 GHzに移行したM87のジェットにおけるHST-1の継続的EVNモニタリングを報告する。これにより、上流端に新しいスーパー光速成分（comp4）が発見され、約10cに達する顕著な表視速度を示す。非球状の軌道と複雑な運動が確認され、これはねじれ運動や磁場の影響を示唆している。

ABSTRACT

The relativistic jet in M87 offers a unique opportunity for understanding the detailed jet structure and emission processes due to its proximity. In particular, the peculiar jet region HST-1 at ~1 arcsecond (or 80 pc, projected) from the nucleus has attracted a great deal of interest in the last decade because of its superluminal motion and broadband radio-to-X-ray outbursts, which may be further connected to the gamma-ray productions up to TeV energies. Over the last five years, we have been doing an intensive monitoring of HST-1 with EVN at 5GHz in order to examine the detailed structural evolution and its possible connection to high-energy activities. While this program already yielded interesting results in terms of the detailed mas-scale structure, proper motion measurements and structural variations, the recent HST-1 brightness is continuously decreasing at this frequency. To counter this, we have shifted our monitoring frequency to 1.7GHz from October 2013. This strategy successfully recovered the fainter emission that was missed in the last 5GHz session. Moreover, we again discovered the sudden emergence of a new component at the upstream edge of HST-1, demonstrating that the use of EVN 1.7GHz is indeed powerful to probe the current weak nature of HST-1. Here we report early results from the 1.7GHz monitoring as well as further progress on the long-term kinematic study.

研究の動機と目的

• M87の相対論的ジェットにおけるHST-1の部分構造の運動学的進化を調査し、高エネルギーγ線フレアとの関連を理解すること。
• 5 GHzでの光度低下を克服するため、感度を維持するための1.7 GHzへの切り替えを実施し、弱い拡張放射を捉えること。
• 長期間にわたるVLBIモニタリングを用いて、HST-1内のコンパクト構造の三次元的構造と運動を同定すること。
• 曲線的な軌道と速度の振動が、ねじれジェット経路または磁場の影響を示唆するかを検討すること。
• HST-1周辺の拡張ジェット構造を評価し、明るい成分がジェット断面積の一部にのみ存在するかを検証すること。

提案手法

• スペクトルの急激な傾き（スペクトル傾きの増加）に伴い、5 GHzから1.7 GHzに移行したM87のHST-1を、ヨーロピアンVLBIネットワーク（EVN）を用いて長期間にわたるVLBIモニタリングを実施する。
• 1.7 GHzのEVNデータとアーカイブ済みのVLBAデータを統合し、構造的・運動学的解析に適した高解像度と感度を達成する。
• 部分構造の距離-時間プロットに対して最小二乗法の線形フィッティングを適用し、表視の運動量と速度を測定する。
• 成分の2次元的天球面軌道を分析し、直線的でない運動の兆候を検出し、三次元的経路幾何学を推定する。
• eMERLINを用いた深さのある1.7 GHz EVN観測によりダイナミックレンジを向上させ、HST-1周辺の微弱で拡張した放射を検出する。
• 運動学的特徴（方向の変化、速度の振動など）を、過去のVHE γ線フレア（2008年、2010年）と照合し、因果関係の有無を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 観測されたスーパー光速運動と曲線的軌道は、ジェット内での三次元的ねじれ経路を示唆するか？
• RQ2 HST-1成分の運動学的振動（速度および方向の変化）とTeV γ線フレアのタイミングに相関があるか？
• RQ3 HST-1周辺の拡張ジェット構造は、内側ジェットの放物線的コリメーションプロファイルと比較してどう異なるか？ これはジェット断面積にどのような意味を持つのか？
• RQ4 1.7 GHzのEVN観測は、HST-1全体の構造を理解するために不可欠な、以前に見逃された微弱な放射特徴を解像できるか？
• RQ5 観測された成分の運動および軌道の変化は、HST-1における再コリメーション衝撃モデルを支持するか？

主な発見

• 1.7 GHzのEVNモニタリングにより、5 GHzでは検出できなかった微弱な放射が回復され、低周波数観測が弱くスペクトル傾きが急な成分に有効であることが確認された。
• HST-1の上流端に新しいコンパクト成分（comp4）が出現し、一時的な表視速度が約10c（±5c）に達する可能性がある。これは急速な放出を示唆している。
• 長期間にわたって安定した成分であるcomp1、comp2、comp3は、それぞれ4.5c、4.5c、5.1cの表視速度でスーパー光速運動を示した。
• comp1、comp2、comp3の軌道は直線的ではなく滑らかに曲がっており、ジェット軸に対して最大で約1cの大きな横方向運動が観測された。
• comp3は明確な逆転運動を示し、初期の位置角（PA）約310°からジェット軸に向かって湾曲した。これは複雑な三次元的ダイナミクスを示唆している。
• 複数年の timescale で速度および方向の振動が観測され、これはねじれ運動または磁場の調制を示唆する可能性がある。