[論文レビュー] Gamma-ray Flaring Emission in Blazar OJ287 Located in the Jet >14 pc from the Black Hole

I. Agudo, S. G. Jorstad+9 more|arXiv (Cornell University)|Oct 28, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

論文は、ブラックホールから14 pc以上離れた場所に位置するジェット内の定常衝撃波と相互作用するプラズマブロブからの自己シンチロトロン・コムプトン（SSC）放射によって、ブラークザー OJ287 のγ線フレアが発生すると提案している。多波長モニタリングにより、γ線、ミリ波、光学フレアが同時にピークに達することが確認され、高い線形偏光度を示しており、これは発生源が加速・コリメーション領域（ACZ）を過ぎた第2のジェット構造（C1）内にあることを確認している。

ABSTRACT

We combine the Fermi-LAT light curve of the BL Lacertae type blazar OJ287 with time-dependent multi-waveband flux and linear polarization observations and submilliarcsecond-scale polarimetric images at lambda=7mm to locate the gamma-ray emission in prominent flares in the jet of the source >14pc from the central engine. We demonstrate a highly significant correlation between the strongest gamma-ray and millimeter-wave flares through Monte Carlo simulations. The two reported gamma-ray peaks occurred near the beginning of two major millimeter-wave outbursts, each of which is associated with a linear polarization maximum at millimeter wavelengths. Our very long baseline array observations indicate that the two millimeter-wave flares originated in the second of two features in the jet that are separated by >14pc. The simultaneity of the peak of the higher-amplitude gamma-ray flare and the maximum in polarization of the second jet feature implies that the gamma-ray and millimeter-wave flares are cospatial and occur >14pc from the central engine. We also associate two optical flares, accompanied by sharp polarization peaks, with the two gamma-ray events. The multi-waveband behavior is most easily explained if the gamma-rays arise from synchrotron self Compton scattering of optical photons from the flares. We propose that flares are triggered by interaction of moving plasma blobs with a standing shock.

研究の動機と目的

• BLラクチュス対象OJ287のジェット内におけるγ線フレア発生源の空間的位置を特定すること。
• 多波長光度曲線と偏光データの相関を用いて、γ線フレアを引き起こす物理的メカニズムを調査すること。
• フレアがシンチロトロン自己コムプトン（SSC）散乱か外部コムプトン過程によって発生するかを検証すること。
• 定常衝撃構造と移動するプラズマブロブのダイナミクスが、ジェット内フレアの発生に果たす役割を特定すること。

提案手法

• Fermi-LATのγ線光度曲線と、電波、ミリ波、光学、X線バンドにおける多波長観測を統合した。
• 非常に長基線配列（VLBA）7 mm偏光イメージングを用いて、ジェット構造を解像し、C0およびC1の構成要素の進化を追跡した。
• γ線とミリ波光度曲線の相互相関の有意性を評価するためにモンテカルロシミュレーションを適用した。
• VLBA画像における明るさ分布を円形ガウス成分を用いてモデル化し、フレア発生領域を同定した。
• 時間平均および時間分解偏光データを分析して、磁場の配置と発生領域の性質を推定した。
• 宇宙論的パラメータ（H₀ = 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ωₘ = 0.27、ΩΛ = 0.73）を用いて、角度距離を物理的距離に変換した（1 mas ≈ 4.48 pc）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 γ線放射発生源は、ジェット内で中心天体に対してどの位置にあるのか、特にその相対的位置は？
• RQ2 γ線フレアを引き起こす物理的メカニズムは何か—SSCか外部コムプトン散乱か？
• RQ3 ミリ波および光学フレアの時間的挙動と偏光特性は、γ線フレアとどのように関係しているか？
• RQ4 定常衝撃波と移動するプラズマブロブは、フレア発生にどのような役割を果たしているか？
• RQ5 観測された偏光ピークと輝度変動は、衝撃誘発粒子加速と相対論的ビーム効果によって説明可能か？

主な発見

• OJ287で観測された2つの最大のγ線フレアは、中心天体から14 pc以上離れた場所に位置するジェット構造C1における2つの主要な1 mmフレアの上昇期と同時に発生した。
• γ線フレアは、C1からのミリ波放射で観測された約14%および約22%のピーク線形偏光度と一致しており、発生源で高い秩序を持つ磁場が存在していることを示している。
• 光学フレアにおいても約35%の偏光ピークがγ線フレアと一致しており、同じ発生領域で発生していることを支持する。
• 偏光位置角はフレア発生中および間隔中、常にχ ≈ 160°–170°で安定しており、安定したジェット構造と衝撃幾何学を示している。
• モンテカルロシミュレーションにより、γ線と1 mmフレアの間には極めて有意な相関が確認され、確率的変動とは区別できる99.7%の信頼水準で真の相関が成立している。
• 観測された多波長挙動は、加速・コリメーション領域（ACZ）を過ぎた第2の構造（C1）内に位置する、定常衝撃波を通過するプラズマブロブからの自己シンチロトロン・コムプトン（SSC）放射によって最もよく説明できる。