[論文レビュー] Into the central 10 pc of the most distant known radio quasar. VLBI imaging observations of J1429+5447 at z=6.21

S. Frey, Z. Paragi+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 3, 2011

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 23被引用数 17

ひとこと要約

本研究は、赤方偏移 z=6.21 の、これまでに知られている最も遠方の電波クェเซアに初めてVLBI像を取得した。その結果、100 pc未塔のスケールでコンパクトで勾配のきつい電波構造が明らかになった。低い輝度温度（約10⁹ K）と勾配のきついスペクトル（α = −1.0）は、顕著な相対論的ビーム効果が見られないことを示しており、これらの源はドップラー効果で増幅されたジェットではなく、若々しくコンパクトで対称的な物体（CSS）である可能性を示唆している。

ABSTRACT

Context: There are about 60 quasars known at redshifts z>5.7 to date. Only three of them are detected in the radio above 1 mJy flux density at 1.4 GHz frequency. Among them, J1429+5447 (z=6.21) is the highest-redshift radio quasar known at present. These rare, distant, and powerful objects provide important insight into the activity of the supermassive black holes in the Universe at early cosmological epochs, and on the physical conditions in their environment. Aims: We studied the compact radio structure of J1429+5447 on the milli-arcsecond (mas) angular scale, in order to compare the structural and spectral properties with those of other two z~6 radio-loud quasars, J0836+0054 (z=5.77) and J1427+3312 (z=6.12). Methods: We performed Very Long Baseline Interferometry (VLBI) imaging observations of J1429+5447 with the European VLBI Network (EVN) at 1.6 GHz on 2010 June 8, and at 5 GHz on 2010 May 27. Results: Based on its observed radio properties, the compact but somewhat resolved structure on linear scales of <100 pc, and the steep spectrum, the quasar J1429+5447 is remarkably similar to J0836+0054 and J1427+3312. To answer the question whether the compact steep-spectrum radio emission is a "universal" feature of the most distant radio quasars, it is essential to study more, yet to be discovered radio-loud active galactic nuclei at z>6.

研究の動機と目的

• 高分解能VLBI像を用いて、赤方偏移 z=6.21 の J1429+5447 のコンパクト電波構造を調査すること。
• 他の2つの赤方偏移 z≈6 の電波活性クェセア（J0836+0054 および J1427+3312）と比較して、この最高赤方偏移電波クェセアの構造的およびスペクトル的性質を明らかにすること。
• 最も遠方の電波クェセアにおいて、コンパクトで勾配のきつい電波放射が普遍的特徴であるかどうかを特定すること。
• 相対論的ビーム効果が高赤方偏移クェセアの観測された電波形態をどのように決定づけているかを評価すること。
• 初期宇宙におけるAGNの中心駆動源およびジェットの物理的状態と進化段階を制約すること。

提案手法

• 1.6 GHz および 5 GHz 周波数で、ヨーロピアンVLBIネットワーク（EVN）を用いてVLBI観測を実施した。
• 可視性データを円形ガウス成分でモデル化するために Difmap ソフトウェアを用い、合成輝度、位置、サイズ、輝度温度を導出した。
• 電波スペクトル指数 α を、1.6 GHz および 5 GHz における輝度密度を用いて、累乗則的定義 S ∝ ν^α から計算した。
• 円形ガウスモデルを仮定して、フィットされた成分のサイズと輝度密度から輝度温度 T_B を推定した。
• 等分配輝度温度 T_B,equilibrium ≈ 5×10¹⁰ K を用いて、ドッパー因子 δ = T_B / T_B,equilibrium ≈ 0.02 を計算した。
• 平坦な ΛCDM モデル（H₀=70 km s⁻¹ Mpc⁻¹、Ω_m=0.3、Ω_Λ=0.7）を用いて、宇宙論的距離およびサイズスケーリングを適用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 赤方偏移 z=6.21 の、これまでに知られている最も遠方の電波クェセア J1429+5447 のミリアーセコンドスケール電波構造は何か？
• RQ2 J1429+5447 のスペクトル的および構造的性質は、他の z≈6 の電波活性クェセア（J0836+0054 および J1427+3312）とどのように比較できるか？
• RQ3 高赤方偏移クェセアにおけるコンパクトで勾配のきつい電波放射は、相対論的ビーム効果を示唆するのか、それとも源の若々しさを示唆するのか？
• RQ4 電波核の推定輝度温度は何か？ これはジェットの向きとローレンツ因子にどのような含意を持つのか？
• RQ5 コンパクトで勾配のきつい電波放射は、最も遠方の電波活性AGNにおいて共通の特徴であると考えられるか？ これは普遍的な進化段階を示唆するのか？

主な発見

• クェセア J1429+5447 は、100 pc未塔のスケールでコンパクトではあるがわずかに解像された電波構造を示しており、静止系で100 pc未塔の全長を有する。
• 1.6 GHz と 5 GHz 間の二点スペクトル指数は α = −1.0 ± 0.05 であり、コンパクトで勾配のきつい電波源（CSS）に一致する勾配のきつい電波スペクトルを示している。
• コンパクト成分の輝度温度は ≈1.3 × 10⁹ K であり、等分配値 ≈5 × 10¹⁰ K より顕著に低いことから、強い相対論的ビーム効果は見られない。
• 導出されたドッパー因子 δ ≈ 0.02 は、最小ローレンツ因子 Γ ≳ 50 を示しており、これは顔を向いたジェット幾何学と整合せず、大きな視線角を示唆している。
• 電波形態およびスペクトル的性質は、他の2つの z≈6 電波クェセア J0836+0054 および J1427+3312 と顕著に類似しており、共通の進化段階にある可能性を示している。
• 本研究で調査した3つの z≈6 クェセアすべてでドッパー効果で増幅された放射が見られないことから、コンパクトで勾配のきつい電波放射は、高赤方偏移における若々しくコンパクトで対称的な物体（CSS）の普遍的特徴である可能性がある。