[論文レビュー] Jets in Active Galactic Nuclei

Alan P. Marscher|ArXiv.org|Sep 14, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 23

ひとこと要約

本稿は、活発銀河核（AGN）における相対論的ジェットをレビューし、特に地球の視線方向にほぼ整列したジェットを示すブレーザーに焦点を当て、相対論的ビーミングによって放射が増幅されることを強調している。多波長観測、光度曲線、スペクトルデータを統合し、ジェット構造、力学、粒子成分の物理的枠組みを確立する。極めて高いローレンツ因子（最大40）と、プラズマ組成（電子・陽子対比 vs. 電子・陽電子対）に関する未解決の議論を強調している。

ABSTRACT

The jets of active galactic nuclei can carry a large fraction of the accreted power of the black-hole system into interstellar and even extragalactic space. They radiate profusely from radio to X-ray and gamma-ray frequencies. In the most extreme cases, the outward flow speeds correspond to high Lorentz factors that can reach 40 or more. This chapter displays images at various wavebands as well as light curves and continuum spectra that illustrate the variability with location, time, and frequency of the emission from compact, parsec- and subparsec-scale jets. It presents a physical framework for investigating many aspects of the structure and dynamical processes from such data.

研究の動機と目的

• AGNにおける相対論的ジェットを駆動する物理的メカニズムを理解すること、特に地球の視線方向にほぼ整列したジェットを示すブレーザーに焦点を当てる。
• パーセクスケールのジェットで観測される極端な変動性、超光速運動、および全波長スペクトルエネルギー分布を説明すること。
• 偏光およびスペクトルデータを用いて、ジェットの物質的成分が電子と陽子で支配されているのか、それとも電子・陽電子対で支配されているのかを調査すること。
• ジェットの形態、運動学、複数の波長帯域における放射メカニズムを結びつける一貫性のある物理的枠組みを確立すること。

提案手法

• ミリアーセコンド解像度の非常に長基線干渉計（VLBI）画像を用いた、パーセクスケールにおけるジェット構造および顕在的超光速運動の分析。
• 電波帯からγ線帯までの多波長光度曲線および連続スペクトルを用いた、周波数およびジェット内位置にわたる変動性と放射メカニズムの追跡。
• 相対論的ビーミング理論を適用し、顕在的横方向速度の式 β_app = β sinθ / (1 - β cosθ) を用いて、顕在的超光速速度を解釈すること。
• 偏光データ（特に3C 279の核における円偏光）の解釈を通じて、粒子組成および磁場構造を推定すること。
• 観測されたスペクトル指数およびスペクトルエネルギー分布を、シンチロトロン放射および逆コンプトン放射の理論モデルと比較すること。
• 赤方偏移を考慮したデプロジェクション技術を用いて、観測された角度運動から真の物理的距離および速度を推定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNジェットで観測される顕在的超光速運動の原因は何か？ そして、これは真の流れ速度および観測視角をどのように制約するか？
• RQ2 なぜ一部のAGNは非常に相対論的でコリメートされたジェットを生成するのに対し、他のAGNはそうではないのか？ ホスト銀河環境はその役割を果たしているか？
• RQ3 AGNジェットの支配的粒子種は何か？ 電子と陽子、それとも電子・陽電子対か？ これは偏光およびスペクトルデータからどのように推定できるか？
• RQ4 ジェットの物理的性質（例えばローレンツ因子や運動エネルギー出力）は、FR I、FR II、BL Lac対象などの異なる種類のAGNでどのように変化するか？
• RQ5 中心ブラックホールからの距離が数個のオーダーにわたっても、ジェット構造は自己相似的であると見なせるか？

主な発見

• AGNのジェットは、全銀河の光度を上回る運動エネルギーを運ぶことができ、流れ速度は0.999cに近づき、ローレンツ因子は40以上に達する。
• VLBI画像で観測される顕在的超光速運動は、相対論的流出を確認するものであり、ジェットが視線方向に近接して整列している場合、相対論的ビーミングにより顕在的横方向速度がcを超える。
• ジェットの核はしばしば解像不能であり、定在する衝撃波または最もコンパクトな放射領域を表しており、観測周波数に応じて位置がずれることがある。
• ジェット内のクルーズはパーセクスケールで移動しているが、一部の特徴は静止していることもあり、複雑な内部力学および衝撃波や終端領域の存在を示唆している。
• 3C 279の偏光データは、ジェット核における陽電子対比が5:1である可能性を示唆しているが、電子・陽子プラズマにおける乱流磁場を想定する代替解釈も可能である。
• 3C 120のようなジェットで511 keVの消失線が検出されないことは、電子・陽電子対プラズマが支配的でないか、または現在の検出限界を超えた高密度・熱化環境で消失反応が起こっている可能性を示唆している。