[論文レビュー] Deceleration of SS433 radio jets

A. A. Panferov|arXiv (Cornell University)|Jun 15, 2013

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、SS 433の電波ジェットが、進動周期の最初の五分の一の間に、周囲媒体からの衝撃圧力によって非散乱的に減速することを提案し、運動学的軌道からの観測されたずれを説明する。モデルは電波ジェットの形状、輝度プロファイル、標準運動学からの10%のずれをよく再現し、非散乱を無視することで距離が過大評価されるため、長年の距離の二分岐（4.8 kpc 対 5.5 kpc）を解消する。

ABSTRACT

The mildly relativistic jets of SS\,433 are believed to inflate the surrounding supernova remnant W\,50 depositing in its expansion possibly more than 99% of their kinetic energy (\cite[1998]{Dub98}). Where and how this transformation of energy is curried out, it is not yet known. What can we learn from it that the jets decelerate and the deceleration is non-dissipative, i.e. radiatively dark. In this paper we unclose the observed deviations of the precessing radio jets of SS\,433, within a few arcseconds from a jets source, from the ballistic track, described by the kinematic model, as a signature of the deceleration which, on other hand, issues from the jets colliding with ambient medium. For that we model kinematics of these colliding jets. The ram pressure on the jets is estimated from the observed profile of brightness of synchrotron radiation along the radio jets. We have found that to fit observed locus the radio jets should be decelerated and twisted, additionally to the precession twist, mostly within the first one-fifth of precession period, and further they extend imitating ballistic jets. The fitted physical parameters of the jet model turned out to be physically reliable and characteristic for SS\,433 jets that unlikely to be occasional. This model explains naturally, and meets approval by a) the observed shock-pressed morphology of the radio jets and their brightness, b) the observed $\sim 10%$ deflections from the standard kinematic model --- just a magnitude of the jet speed decrement in the model, c) regularly observed for the radio jets the precession phase deviation from the standard kinematic model prediction, d) dichotomy of distance to the object, 4.8\,kpc vs. 5.5\,kpc, determined on the basis of the radio jets kinematics on scales of a sub-arcsecond and several arcseconds.

研究の動機と目的

• SS 433における内側ジェットの運動距離推定値4.8 kpcと拡張ジェットの5.5 kpcとの間の乖離を解消すること。
• 標準モデルでは説明できない電波ジェットのボールスティック運動学からの10%のずれを説明すること。
• 周囲媒体からの衝撃圧力によって生じる、やや相対論的速さのジェットの非散乱的減速をモデル化すること。
• ジェットの観測された形状と輝度プロファイルが、減速とねじれを組み込んだ動力学的モデルと整合することを示すこと。
• 減速後にジェットがボールスティックに振る舞うことを示し、減速を無視した場合に拡張ジェットがボールスティック運動学と整合している理由を説明すること。

提案手法

• 観測されたシンクロtron放射の輝度プロファイルを用いて、周囲媒体からの衝撃圧力を推定し、進動するジェットの運動学を衝撃圧力のもとでモデル化する。
• 電波輝度上昇領域でピークを示し、進動周期の五分の一を超えて減少する時間依存の減速プロファイルを組み込む。
• ジェットの衝撃圧力を用いて、一定の質量流量と変化するジェット速度を仮定して減速率を導出する。
• 観測されたジェット位置と輝度にモデルをフィットさせ、減速がボールスティック軌道からの10%のずれを自然に説明できることを示す。
• 導出された物理的パラメータ（速度、質量フラックス、温度）が観測的および理論的に妥当であり、自由パラメータが観測制約を超えないことを検証する。
• 式(8)に示される不変加速度パラメータを用いて、異なる仮定のもとで導出された物理的パラメータの整合性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜSS 433の電波ジェットは、標準ボールスティック運動学モデルの予測から最大10%ずれるのか？
• RQ2 なぜSS 433の運動距離推定値に4.8 kpc 対 5.5 kpcという観測上の二分岐が生じるのか？
• RQ3 高い運動エネルギー出力と低い放射出力を持つジェットが、非散乱的減速とどのように整合するのか？
• RQ4 0.05–0.1弧秒付近の電波輝度上昇領域と約1.5弧秒付近の再加熱領域を説明する物理的メカニズムは何か？
• RQ5 小半径で顕著な減速が生じているにもかかわらず、なぜジェットは拡張スケールでボールスティックに見えるのか？

主な発見

• ジェットは、進動周期の最初の五分の一の間に非散乱的に減速し、速度低下が約7.5%に達する。これは、観測されたボールスティック軌道からの10%のずれを説明する。
• モデルは、速度一定を仮定すると距離が過大評価されることにより、距離の二分岐（5.5 kpc（ボールスティック適合） 対 4.8 kpc（動力学的適合））を解消する。
• 電波輝度上昇領域は最大減速と運動エネルギーの散逸に対応し、ジェット圧力と雲の温度が約1.4×10⁵ Kに上昇する。
• ジェットの運動エネルギー損失率は約1.5×10³⁸ erg/sであり、99%以上のエネルギーが放射されない形で、W50超新星残骸に機械的仕事として転送される。
• モデルは、飛行215日頃に温度が約3×10⁷ Kに上昇すると予測する。この時点で充填率f→1となり、クラスタ型ジェットモデルの破綻を示唆する。
• 導出された物理的パラメータ（質量流量、速度、温度、圧力）は観測的および理論的に整合的であり、観測制約を超える自由パラメータは存在しない。