[論文レビュー] Helical jets in blazars. Interpretation of the multifrequency long-term variability of AO 0235+16

L. Ostorero, M. Villata+1 more|ArXiv.org|Feb 24, 2004

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 93被引用数 56

ひとこと要約

本稿では、Blazar AO 0235+16における準周期的な5.7年周期の変動が、二重ブラックホール系の公転運動によって駆動されるヘリカルジェットに起因すると提案している。モデルは、回転するヘリカルジェット構造からの非熱的放射の方向依存的ビーミングによって、周期的な電波および可視光の爆発的増光とそれに伴うスペクトルエネルギー分布（SED）の変動を説明する。非周期的な小さなイベントは、局所的な流れ不安定性に起因するとされる。

ABSTRACT

The long-term variability of the multiwavelength blazar emission can be interpreted in terms of orientation variations of a helical, inhomogeneous, non-thermally emitting jet, possibly caused by the orbital motion of the parent black hole in a binary system (Villata & Raiteri 1999). The helical-jet model is here applied to explain the quasi-periodic radio-optical light curves and the broad-band spectral energy distributions (SEDs) of the BL Lac object AO 0235+16. Through a suitable choice of the model parameters, the helix rotation can well account for the periodicity of the main radio and optical outbursts and for the corresponding SED variability, while the interspersed minor radio events could be interpreted as due either to some local distortions of the helical structure or to other phenomena contributing to the source emission. In particular, the probable existence of flow instabilities provides a viable interpretation for the non-periodic features.

研究の動機と目的

• BLラクティックAGN AO 0235+16の長期的多波長変動、特に準周期的な電波および可視光の爆発的増光を説明すること。
• ヘリカルジェットモデルが、ジェットの回転に起因する方向依存的効果に基づいて、BlazarにおけるSED変動を説明するメカニズムとして有効であるかどうかを検証すること。
• 観測された周期性が、AGN核部の二重ブラックホール系（BBHS）の公転運動に起因するものであると結びつけること。
• 周期的でない、小さな電波増光は、局所的ジェット不安定性やその他の放射強度増加の兆候である可能性を解釈すること。
• 多波長観測およびVLBIデータと整合する物理的解釈に基づいたジェットの幾何学的・運動的構造を提示すること。

提案手法

• ヘリックス軸をz軸にとる3次元座標系を用い、固定されたピッチ角ζと方位角回転パラメータaを持つヘリカル構造としてジェットをモデル化する。
• 視線角ψとヘリックスの方位角変動を考慮し、各点における視線角θ(z)を計算する。相対論的ビーミング効果を組み込む。
• ヘリカルパスに沿って分布する相対論的電子集団からのシンクロtron放射および逆コンプトン放射（SSC）を計算する。非均一な放射領域を仮定する。
• ヘリックスの回転に伴い視線角を時間的に変化させることで、多波長光曲線およびSEDをシミュレートし、観測された周期性に一致させる。
• 赤方偏移z = 0.94、5.7年周期などの観測的制約を用い、公転周期関係を用いてブラックホール質量および公軌道パラメータを推定する。
• 電波からγ線にわたる多波長データとモデルの光曲線およびSEDを比較し、最良の一致を得るようパラメータを調整する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AO 0235+16における準周期的な5.7年周期の変動は、回転するヘリカルジェット構造によって説明可能か？
• RQ2 電波からγ線帯域にわたる観測されたSED変動は、ヘリカルジェットへの視線投影の変化に起因するか？
• RQ3 二重ブラックホール系の公転運動が、観測された周期性およびジェット構造を説明できるか？
• RQ4 主な周期と一致しない、非周期的な小さな電波増光は、どのような物理的メカニズムによって説明可能か？
• RQ5 観測されたジェット構造は、ヘリカルジェットモデルが予測するサブ・マイクロアーキセコンドの分離に一致するか？

主な発見

• ヘリカルジェットモデルは、回転するヘリックスに沿った方向依存的ビーミングによって、電波および可視光バンドにおける準周期的な5.7年周期の増光を成功裏に再現した。
• モデルは、異なる増光状態におけるSEDの形状と進化を含め、観測された広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）の変動を説明できる。
• 推定された公転周期約5.7年は、静止系周期約2.9年に対応し、合計質量M ~ 5×10⁶ – 9×10⁷ M☉、分離距離 ~2–5×10⁻³ pc の二重ブラックホール系と整合的である。
• ジェットのヘリカル構造は、電波キット間の角度分離が10 μas未満であると予測するが、これは現在のVLBIマップの分解能を下回り、分解されたジェット特徴が観測されないことを説明する。
• 非周期的な小さな電波増光は、ヘリカルジェットに沿った局所的流れ不安定性や、局所的放射強度の増加によって説明可能である。
• モデルは、弱く延長されたジェットと湾曲した軌道に沿って運動する超光速成分を示す既存のVLBI観測と整合的である。これらはヘリックスに沿った視線角が最小となる領域として解釈できる。