[論文レビュー] Giant Radio Sources in View of the Dynamical Evolution of FRII-type Population. I. The Observational Data, and Basic Physical Parameters of Sources Derived from the Analytical Model

J. Machalski, K. T. Chyży+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 12, 2004

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、D > 1 Mpc の巨大電波源を、動的進化モデルを用いて観測された電波放射度とサイズからジェット出力（Q₀）と中心密度（ρ₀）を特定する。源のサイズは主に年齢に支配され、次にジェット出力と環境密度に続く。自己相似的拡張は、ジェット出力が最小エネルギー値を数オーダー以上上回る場合にのみ成立する。巨大で古くなった源における自己相似性からの逸脱は、観測的に支持されている。

ABSTRACT

The time evolution of giant lobe-dominated radio galaxies (with projected linear size D>1 Mpc if H_{0}=50 km/s/Mpc and q_{0}=0.5 is analysed on the basis of dynamical evolution of the entire FRII-type population. Two basic physical parameters, namely the jet power Q_{0} and central density of the galaxy nucleus rho0 are derived for a sample of giants with synchrotron ages reliably determined, and compared with the relevant parameters in a comparison sample of normal-size sources consisting of 3C, B2, and other sources. Having the apparent radio luminosity P and linear size D of each sample source, Q_{0} and rho_{0} are obtained by fitting the dynamical model of Kaiser et al. (1997). We find that: (i) there is not a unique factor governing the source size; they are old sources with temperate jet power (Q_{0}) evolved in a relatively low-density environment (rho_{0}). The size is dependent, in order of decreasing partial correlation coefficients, on age; then on Q_{0}; next on rho_{0}. (ii) A self-similar expansion of the sources' cocoon seems to be feasible if the power supplied by the jets is a few orders of magnitude above the minimum-energy value. In other cases the expansion can only initially be self-similar; a departure from self-similarity for large and old sources is justified by observational data of giant sources. (iii) An apparent increase of the lowest internal pressure value observed within the largest sources' cocoon with redshift is obscured by the intrinsic dependence of their size on age and the age on redshift, which hinders us from making definite conclusions about a cosmological evolution of intergalactic medium (IGM) pressure.

研究の動機と目的

• 巨大電波源の物理的パラメータ（ジェット出力 Q₀ と中心密度 ρ₀）を、動的進化モデルを用いて特定すること。
• 巨大源のサイズが、極端なジェット出力、低密度環境、または特段に長い年齢のいずれによるかを調査すること。
• 巨大電波源における自己相似的拡張の妥当性と、そのジェット出力が最小エネルギー値に対してどのように依存するかを評価すること。
• 赤方偏移に伴う内部圧力の観測的傾向が、宇宙論的IGM進化を反映しているのか、それとも年齢-赤方偏移依存性に起因するのかを検討すること。
• 巨大源と通常サイズのFRII源を比較し、源サイズの全範囲にわたる進化の連続性を検証すること。

提案手法

• Kaiser ら（1997）の動的モデルを、正確に測定されたシンクロトロン年齢を持つ巨大電波源のサンプルに適合する。
• 観測された電波放射度（P）と投影線形サイズ（D）を用いて、モデル適合によりジェット出力（Q₀）と中心密度（ρ₀）を導出する。
• 源の放射度、サイズ、体積を計算するために、H₀ = 50 km s⁻¹ Mpc⁻¹ および q₀ = 0.5 の宇宙論的パラメータを適用する。
• 源のサイズが年齢、Q₀、ρ₀ に対して示す偏相関を分析し、それらの相対的影響を順位づける。
• ジェット出力に基づくモデル予測と観測された拡張行動を比較することで、自己相似的拡張仮説を評価する。
• 年齢-赤方偏移依存性を考慮した上で、赤方偏移に伴う内部圧力の傾向を分析し、宇宙論的IGM圧力進化の有無をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 巨大電波源のサイズ進化を支配する物理的パラメータ（ジェット出力 Q₀ と中心密度 ρ₀）は何か？
• RQ2 巨大電波源の巨大サイズは、主に極端なジェット出力、低密度環境、それとも特段に長い年齢によるのか？
• RQ3 源カゴウの自己相似的拡張が成立する条件は何か。また、巨大で古くなった源では、いつ自己相似性が破綻するのか？
• RQ4 赤方偏移に伴う内部圧力の観測的傾向は、宇宙論的IGM進化を反映しているのか、それとも年齢-赤方偏移相関に偏っているのか、その程度は何か？
• RQ5 巨大源は、単一の進化フレームワーク内で、通常サイズのFRII源の進化形として理解できるのか？

主な発見

• 源のサイズは主に年齢に依存し、ジェット出力（Q₀）と中心密度（ρ₀）の偏相関係数は、影響度の順に減少する。
• カゴウの自己相似的拡張は、ジェット出力が最小エネルギー値を数オーダー以上上回る場合にのみ成立する。そうでなければ、巨大で古くなった源では自己相似性からの逸脱が必須となる。
• 最大の源において観測された内部圧力の赤方偏移に伴う増加は、宇宙論的IGM圧力進化の証拠ではなく、内在的な年齢-赤方偏移依存性が支配的である。
• 巨大源はジェット出力や環境密度が極端に高いわけではなく、中程度の Q₀、低 ρ₀、そして非常に長い年齢の組み合わせによって生じる。
• モデルは、通常サイズから巨大源への連続的進化シーケンスを支持しており、別個の進化経路を必要としない。
• 高赤方偏移で低圧力のラobesが観測されないことは、宇宙論的IGM圧力進化が存在しないと否定するものではなく、そのような源はまだ検出されていないにすぎない。