[論文レビュー] Linear Polarization as a Probe of Gamma Ray Flaring Blazar Jets

M. F. Aller, H. D. Aller+1 more|ArXiv.org|Dec 16, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 17被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、ガンマ線がきわめて明るいブラザールのミリ波帯で線形偏光および全フラックス密度を多周波数でモニタリングすることにより、ガンマ線フレア発生時に電波ジェット内の磁場構造の変化を調査する。主な特徴として、衝撃波関連の偏光の向きの変動と偏光フラックスの急増が特定され、3C 279 や 1502+106 での解像されたフレアは、高エネルギー放射と関連する衝撃駆動ジェット活動を示している。

ABSTRACT

We describe and present initial results from a Fermi cycle 2 program designed to monitor the behavior of the centimeter-band linear polarization and total flux density emitted by gamma-ray-bright blazars during flaring. The goal of the program is to identify changes in the magnetic field structure in the radio jet associated with gamma-ray flaring and ultimately to test whether gamma-ray flaring is associated with the onset of shocks in the radio jet. Light curves illustrating radio band variability patterns are shown for sample program sources.

研究の動機と目的

• ガンマ線フレア発生時における電波バンドの線形偏光モニタリングを用いて、ジェット内の磁場構造の変化を同定すること。
• EGRET や Fermi の過去のデータが示唆するように、ガンマ線フレアが電波ジェット内での衝撃形成によって引き起こされるという仮説を検証すること。
• 電波バンドの偏光変動と高エネルギーガンマ線フレアを関連付けることで、放射源の位置および性質を制約すること。
• 多周波数偏光計測と VLBA 画像法を用いて、相対論的ジェット内の衝撃ダイナミクスおよび物理的状態をモデル化すること。
• 衝撃によって引き起こされる磁場の整列および偏光の向きの変動が、ガンマ線フレアの前か同時に発生するかを特定すること。

提案手法

• ミシガン大学26m電波望遠鏡（UMRAO）を用い、30個のガンマ線がきわめて明るいブラザールを14.5、8.0、4.8 GHzで毎日から毎週のスケジュールでモニタリングする。
• 全フラックス密度、偏光フラックス、電気ベクトル位置角（EVPA）を測定し、磁場の向きの変化と秩序の度合いの変化を追跡する。
• 多周波数光曲線を分析して、EVPAの変動や偏光フラックスの急増といった衝撃の兆候を検出する。
• 単一電波望遠鏡による UMRAO データと、MOJAVE および BU 43 GHz プログラムの VLBA 画像データを統合し、ジェット構造を解像し、衝撃の幾何学的配置を制約する。
• 偏光およびフラックスデータを根拠に、任意の衝撃の向きを許容する移動関数コードを用いた衝撃-ジェットモデルを適用する。
• スペクトル指数と周波数依存の変動を用いて、放射領域の位置を推定し、4.8 GHz での自己吸収領域と14.5 GHz でのコア領域を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラザールのガンマ線フレアは、電波ジェットの線形偏光およびEVPAの測定可能な変化と一致するか？
• RQ2 フレア発生時に観測された偏光の向きの変動および分率偏光の増加は、磁場が衝撃によって圧縮されたことに起因するものと整合的か？
• RQ3 多周波数偏光およびフラックスデータで制約された衝撃-ジェットモデルは、ガンマ線フレア源で観測された変動パターンを再現できるか？
• RQ4 衝撃強度、ドーナセル因子、粒子エネルギースペクトルといったジェット内の物理的状態は、ガンマ線放射モデルと整合的か？
• RQ5 高エネルギーのガンマ線活動を示すが電波変動が小さい源では、複数の成分による周波数依存の遅延やマスキングが生じるか？

主な発見

• 1502+106、3C 279、0727-115、0805-077、1510-089 で、EVPAの変動と偏光フラックスの急増を伴う解像された電波バンドのフレアが検出され、衝撃活動を示している。
• 1502+106 では、2009年2月に系統的なEVPAの変動と偏光フラックスの急増が開始され、14.5 GHz および 8.0 GHz で追跡可能であったが、4.8 GHz では乖離が生じており、異なる放射領域を示唆している。
• 4.8 GHz のデータは自己吸収スペクトルを示しており、高周波数のコア放射よりもジェットの外側の領域からの放射を示している。
• 3C 279 では、2009年4月から5月にかけての偏光変動は、横方向の衝撃モデルと整合的であり、1980年代半ばに既に成功裏にモデル化されたイベントと類似している。
• NRAO 190 のような一部のガンマ線フレア源では、大きな電波変動が観測されず、周波数依存の遅延や成分のマスキングが起こっている可能性がある。
• Fermi 発射以降、NRAO 530 の電波およびガンマ線バンドで低フラックスレベルが継続しており、相関した活動を示す広帯域放射のシナリオを支持している。