[論文レビュー] Does the unification of BL Lac and FR I radio galaxies require jet velocity structures?

M. Chiaberge, A. Celotti+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、BLラクティック対象とFR I電波銀河の統一が、相対論的ジェット内の速度構造を要するかどうかを調査する。電波バンドおよび光学バンドにおける核の輝度を比較することで、単一ゾーンジェットモデルでは観測された輝度を説明できないことが判明し、代わりに高速なスパインと遅い相対論的層からなる二重構造ジェットを必要とする。主な結果は、両者の固有スペクトルエネルギー分布（SED）の違いと、特に低輝度HBLでは電波のドーピラー因子が低いという、エネルギー依存のドーピラー効果が、統一モデルとの整合性を保つために不可欠であるということである。

ABSTRACT

We explore the viability of the unification of BL Lacs and FR I radio galaxies by comparing the core emission of radio galaxies with those of BL Lacs of similar extended radio power, taking advantage of the newly measured optical nuclear luminosity of FR I sources. The spectral properties of complete samples are also studied in the radio-optical luminosity plane: starting from the Spectral Energy Distribution (SED) of BL Lacs, we calculate the predicted luminosity of FR I nuclei in the frame of a simple one--zone model, by properly taking into account the relativistic transformations. We find that the bulk Lorentz factors required by the spread in the observed luminosities in all bands are significantly smaller than those implied by other, both observational and theoretical, considerations. This discrepancy is also reflected in the fact that FR I nuclei are over-luminous by a factor of 10-10^4, with respect to the predictions, both in the radio and in the optical band. In order to reconcile these results with the unification scheme, velocity structures in the jet are suggested, where a fast spine is surrounded by a slow (but still relativistic) layer so that the emission at different angles is dominated by different velocity components: the fast one dominates the emission in BL Lacs while the slow layer dominates the emission in misaligned objects. Furthermore for the lowest luminosity BL Lacs it has to be also postulated that their beaming factor in the radio band is lower than in the optical (and X-ray), as would result from deceleration of the jet. The self-consistency of the unification model therefore requires that both intrinsic differences in the SED and different beaming properties play a substantial role in characterizing the phenomenology of these sources.

研究の動機と目的

• 単一ゾーンジェットモデルにおける相対論的ドーピラー効果によって、BLラクティック対象とFR I電波銀河の統一が説明可能かどうかを検証すること。
• 標準的ドーピラーモデルの予測と比較して、FR I銀河における観測された核の輝度とその乖離を解消すること。
• 高速なスパインと遅い層を有するようなジェット内の速度構造が、観測された輝度と統一モデルを一致させるのに有効かどうかを調査すること。
• 特に低輝度HBLにおいて電波バンドのドーピラー効果が光学・X線バンドよりも弱いという、エネルギー依存のドーピラー効果の役割を検討すること。
• X線および多波長データ（HSTおよびChandra観測を含む）と統一モデルの整合性を評価すること。

提案手法

• FR I電波銀河とBLラクティック対象の、類似した拡張電波出力を持つものについて、電波核輝度と光学核輝度を比較する。
• ローレンツ因子Γを有する単一ゾーン相対論的ジェットモデルを用い、BLラクティック対象のスペクトルエネルギー分布（SED）からFR Iの核輝度を予測し、相対論的変換を適用する。
• モデルの予測を観測データと照合するために、電波-光学輝度平面（Lr–Lo）を分析する。
• 高速なスパイン（Γ_spine ≈ 5–10）と遅い層（Γ_layer ≈ 2）を有する二重構造ジェットモデルを導入し、方位依存の放射優勢を説明する。
• 低輝度HBLでは電波バンドのドーピラー効果が光学・X線バンドよりも低いものと仮定することで、エネルギー依存のドーピラー効果を考慮する。
• X線データおよび数密度の観測制約（HST, VLA, Chandra観測を含む）に基づいて、モデルの整合性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FR I電波銀河の観測された核輝度は、単一ゾーンジェットモデルにおける標準的相対論的ドーピラー効果で説明可能か？
• RQ2 なぜFR I核は、BLラクティック対象のSEDからの予測と比較して、電波および光学バンドで10～10^4倍も過剰に輝度が高いのか？
• RQ3 高速スパインと遅い層を有する二重構造ジェットが、統一における輝度の不一致を解消できるか？
• RQ4 特に低輝度HBLにおいて、電波ドーピラー効果が弱いというエネルギー依存のドーピラー効果が、観測と統一モデルの整合性を保つために必要か？
• RQ5 X線および多波長制約は、二重構造ジェットモデルが統一に適しているかどうかにどのように影響するか？

主な発見

• 単一ゾーンジェットモデルでは、FR I核の観測された輝度を説明できない。これは、他の手法で推定される値よりも顕著に低い平均バルクローレンツ因子Γを要する。
• FR I核は、BLラクティック対象のSEDからの予測と比較して、電波および光学バンドで10～10^4倍の過剰輝度を示す。
• 高速スパイン（Γ ≈ 5–10）と遅い層（Γ ≈ 2）を有する二重構造ジェットモデルは、中程度輝度のBLラクティック対象とFR I銀河の輝度を一致させることができる。
• 最も低輝度のHBLでは、電波ドーピラー因子が光学およびX線バンドよりも低いことがモデルで要求され、ジェットの減速を示唆する。
• 自己整合的な統一モデルには、固有のSED差異とエネルギー帯域ごとの異なるドーピラー特性の両方が不可欠である。
• X線データ、HST観測、および数密度の観測と整合する二重構造モデルの妥当性から、ジェット内に速度構造が存在することは強く支持される。