[論文レビュー] Modelling 20 years of synchrotron flaring in the jet of 3C 273

M. Türler, T. J.-L. Courvoisier+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 30, 2000

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、13個の長期的光曲線を17個の明著なシンクロtron噴出に分解することで、20年間にわたる3C 273のサブミリメートル〜電波帯の光曲線を正確に再現する一般化された衝撃モデルを提示する。このモデルは、非断熱的で非円錐状かつ曲がったジェット内の加速・減速衝撃を考慮し、乱流磁場と衝撃効率の変動がドップラー因子と電子エネルギー分布の正規化と関連していることを明らかにした。

ABSTRACT

We present a phenomenological jet model which is able to reproduce well the observed variations of the submillimetre-to-radio emission of the bright quasar 3C 273 during the last 20 years. It is a generalization of the original shock model of Marscher & Gear (1985), which is now able to describe an accelerating or decelerating shock wave, in a curved, non-conical and non-adiabatic jet. The model defines the properties of a synchrotron outburst which is expected to be emitted by the jet material in a small region just behind the shock front. By a proper parameterization of the average outburst's evolution and of the peculiarities of individual outbursts, we are able to decompose simultaneously thirteen long-term light-curves of 3C 273 in a series of seventeen distinct outbursts. It is the first time that a model is so closely confronted to the long-term multi-wavelength variability properties of a quasar. The ability of the model to reproduce the very different shapes of the submillimetre-to-radio light curves of 3C 273 gives strong support to the shock model of Marscher & Gear (1985). Indirectly, it also reinforces the idea that the outbursts seen in the light-curves are physically linked to the distinct features observed to move along the jet with apparently superluminal velocities.

研究の動機と目的

• 3C 273のサブミリメートル〜電波帯放射の長期的多波長変動を説明する現象論的ジェットモデルの開発。
• 非断熱的で非円錐状かつ曲がったジェット幾何学と可変な衝撃加速を組み込むことで、従来の衝撃モデルの限界を克服すること。
• 17個の明確な噴出に分解することで、13個の光曲線を同時に複数周波数でフィットし、個々の噴出の性質を詳細に解明すること。
• 観測された光曲線の形状とスペクトル進化が、Marscher & Gear (1985) の衝撃モデルと整合するかどうかを検証すること。
• 長期間のデータからジェットの物理的性質、例えば磁場構造、ドップラー因子、電子エネルギー分布を制約すること。

提案手法

• 非円錐状で曲がった非断熱ジェット内の加速・減速衝撃を考慮した、Marscher & Gear (1985) の衝撃モデルの拡張。
• 各噴出をドップラー因子、磁場強度、電子エネルギー分布の正規化、スペクトル折り返し周波数、衝撃速度という5つの物理的パラメータでパラメータライズ。
• シンクロtronスペクトル形状を正確にモデル化すると同時に、周波数にわたるスペクトル折り返しの自由な進化を許容するハイブリッドフィッティングアプローチを採用。
• 13個の光曲線にわたる5,000件を超える多周波数観測を繰り返しフィッティングし、17個の自己相似的噴出にデータを分解。
• 重複する減衰する噴出と外側ジェットホットスポット（3C 273A）からの定常的寄与を考慮するための静止スペクトルモデルを適用。
• 周波数にわたるスペクトル指数と輝度の進化を独立に変化させることを可能にする、噴出進化のパラメータライズ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非断熱的で非円錐状かつ曲がったジェット幾何学を有する一般化された衝撃モデルは、サブミリメートル〜電波帯における3C 273の複雑な光曲線を再現できるか？
• RQ2 長期間の変動から制約されるジェットの物理的性質（磁場強度、電子エネルギー分布、ドップラー因子など）は何か？
• RQ3 個々の噴出の間の観測差異は、衝撃圧縮比の変動によるものか、それとも非断熱的電子加速を示唆するものか？
• RQ4 ドップラー因子と電子エネルギー分布正規化の観測された逆相関は、変動する衝撃効率を示唆するか？
• RQ5 ジェットの開口角は円錐状幾何と一致するか、それとも非均一な拡張または減速を示唆するか？

主な発見

• 3C 273の静止状態における低周波数放射は、主に以前のフレアに起因するゆっくりとした減衰する噴出の重ね合わせに加え、外側ジェットホットスポット（3C 273A）からの定常的寄与によるものである。
• 最良のフィットパラメータは、ジェットが円錐状よりわずかに開かない、または距離とともにボリュームドップラー因子が減少することを示唆しており、非均一なジェット拡張または減速を示している。
• 衝撃前線の後方における磁場は、強いスペクトル折り返し進化の欠如と観測された変動パターンから、非常に乱流的であることが示された。
• ジェットの流れはほぼ断熱的であり、シンクロtronおよび逆コンプトン損失は顕著ではあるが、観測された光曲線の形状を決定づける主因ではない。
• 電子エネルギー分布の正規化 $K_{\text{on}}$ と衝撃開始時の磁場 $B_{\text{on}}$ の間に顕著な相関は認められず、非断熱的電子加速プロセスを示唆した。
• 正規化 $K_{\text{on}}$ とドップラー因子 $\mathcal{D}_{\text{on}}$ の間の逆相関は、電子エネルギーの高い（$K_{\text{on}}$ が高い）衝撃が低いボリュームローレンツ因子を伴うことを示しており、運動エネルギーが内部エネルギーにより効率的に変換されていることを示唆した。