[論文レビュー] Increasing the Number of TeV Blazars with Parsec-Scale Kinematics

Vivian C. Tiet, B. G. Piner+1 more|arXiv (Cornell University)|May 10, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、5–22 GHzのマルチエポックVLBA観測を用いて、5つのTeV発光する高周波ピーク型BL Lac対象（HBL）のパーセクスケールジェット運動を測定した。その結果、ラジオ選択されたブレーザーと比較して顕著に遅い apparent jet 速度（通常 <2c）を示した。この結果は、HBLのパーセクスケールジェットにやや小さいローレンツ因子（約2–3）があることを確認しており、ジェット構造（たとえば高速なスピンと遅いシェーシュの組み合わせ）に起因するローレンツ因子勾配が、低ラジオジェット速度とTeV変動から推定される高いローレンツ因子との矛盾を解消すると示唆している。

ABSTRACT

We report on our observations of the parsec-scale radio jet structures of five blazars that have been detected by ground-based TeV gamma-ray telescopes. These five blazars all belong to the class of high-frequency peaked BL Lac objects (HBLs), which are the most common blazar type detected at the TeV energy range. Because of their relative faintness in the radio, these HBLs are not well represented in other radio blazar surveys. Our observations consist of five epochs of Very Long Baseline Array (VLBA) imaging from 2006 to 2009, of each of the five blazars 1ES 1101-232, Markarian 180, 1ES 1218+304, PG 1553+113, and H 2356-309, at frequencies from 5 to 22 GHz. Fundamental jet properties, including the apparent jet speeds, that can be measured from these multi-epoch series of VLBA images are presented and compared with other gamma-ray blazars. Confirming prior work, we find that the TeV HBLs have significantly slower apparent jet speeds than radio-selected blazars. Together with other radio properties of the HBL class, this suggests modest Lorentz factors in their parsec-scale radio jets. This in turn suggests some form of Lorentz factor gradient in these jets, since they are likely to have high Lorentz factors in their TeV-emitting regions. The study presented here approximately doubles the number of TeV HBLs with multi-epoch parsec-scale kinematic measurements.

研究の動機と目的

• ラジオが弱いTeV HBLにおけるパーセクスケールジェット運動を測定すること。これは、既存のVLBI調査において不足している。
• TeV HBLの低ラジオランプランスが、パーセクスケールジェットにおける遅いジェット速度と低いローレンツ因子と相関しているかどうかを検証すること。
• より強力でラジオ選択されたブレーザーと比較することで、HBLにおける相対論的ジェットの物理的構造を調査すること。
• 高速なスピンと遅いシェーシュを有するようなローレンツ因子勾配を持つモデルが、観測されたジェット運動に一致するかどうかを評価すること。
• TeV HBLのマルチエポックパーセクスケール運動測定の数を約2倍に増やし、ジェット物理学研究の統計的パワーを高めること。

提案手法

• 5つのTeV HBL（1ES 1101−232、Markarian 180、1ES 1218+304、PG 1553+113、H 2356−309）に対して、2006–2009年の5エポックにわたるVLBAイメージングを5–22 GHzで実施。
• 高精度なミリアーセンドットスケール位置を得るために、直接フレームフィッティングと位相リファレンシング（3つの源で実施）を用いた。
• AIPSでデータをキャリブレーションし、Difmapでイメージングを行い、Gaussian成分を用いた可視度へのモデルフィッティングにより、ビーム未満の分解能を達成した。
• 成分のコアからの分離距離と時間の関係を線形フィットして apparent jet 速度を測定し、P07の手法を用いて誤差伝搬を計算した。
• 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、cの単位で apparent 速度を計算した。
• 統計的差異を評価するために、ラジオリファレンスフレームイメージデータベースから得たラジオ選択ブレーザーのサンプルと結果を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 TeV発光するHBLは、ラジオ選択されたブレーザーと比較して顕著に遅い apparent jet 速度を示すか？
• RQ2 測定されたジェット速度は、HBLのパーセクスケールラジオ発光領域におけるローレンツ因子にどのような含意を持つのか？
• RQ3 低ラジオジェット速度と高いTeV発光領域のローレンツ因子との矛盾を考慮すると、HBLにおいてローレンツ因子勾配（たとえば高速なスピンに囲まれた遅いシェーシュ）の証拠があるか？
• RQ4 ラジオが弱いHBLの運動的性質は、より明るくラジオ選択されたブレーザーと比較して、ジェット構造とダイナミクスの面でどのように異なるか？
• RQ5 マルチエポックVLBA観測により、近接した源（例：Markarian 421）で観測されたように、HBLにおいて横方向のジェット構造やリムブローニング構造を解像できるか？

主な発見

• 本研究により、マルチエポックパーセクスケール運動測定がなされたTeV HBLの数が約2倍に増加し、合計で11件となった。
• 新たに観測した5つのHBLにおける apparent jet 速度は、−4.32 ± 3.78c から 0.81 ± 0.69c の範囲にあり、すべて2c未満であり、2σの有意性を超える測定はなかった。
• 今回調査した11件のTeV HBLにおける最も速い apparent 速度の分布は、通常数cの速度を示すラジオ選択ブレーザーとは顕著に異なる（99.99%以上の信頼水準）。
• 超光速運動の欠如は、HBLのパーセクスケールラジオジェットに Γ ≈ 2–3 のやや小さいローレンツ因子があることを示唆しており、TeV変動を説明するには Γ ≈ 50 必要な値とは対照的である。
• 観測された運動的性質は、高速なスピンに囲まれた遅いシェーシュを持つ構造的ジェットモデルと整合的である。あるいは、ジェットが長さ方向に減速する構造とも一致する。
• 近接したHBLのVLBI画像では、横方向構造（例：リムブローニング）が観測されており、ジェットプラズマに速度勾配が存在することを支持する。