[論文レビュー] Modelling the submillimetre-to-radio flaring behaviour of 3C 273

M. Türler, T. J.-L. Courvoisier+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 1999

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本稿は、3C 273の長期間にわたる光度曲線を12個の自己相似的でモデルに依存しないフレアに分解することで、3C 273の準ミリ波〜電波帯におけるフレア挙動をモデル化している。光重力的スペクトル指数が上昇期に-1.1から下降期に-0.5に平坦化する傾向が示され、初期衝撃進化段階におけるシンクロトロンおよび/またはコンプトン損失が支配的な冷却機構であることを支持している。高周波数ピークを持つフレアは低周波数ピークを持つフレアよりも速く進化しており、これは衝撃形成距離と相関している可能性を示唆している。

ABSTRACT

We present a new approach to derive the observed properties of synchrotron outbursts in relativistic jets. The idea is to use the very well sampled submillimetre-to-radio long-term light curves of 3C 273 to extract the spectral and temporal evolution of a typical outburst. The method consists in a decomposition of these light curves into a series of twelve self-similar flares. With a model-independent parameterization, we find that the obtained outburst's evolution is in good qualitative agreement with the expectations of shock models in relativistic jets. We then derive, by a second approach, the relevant parameters of three-stage shock models. We observe for the first time that the optically thin spectral index is steeper during the initial rising phase of the evolution than during the final declining phase as expected by the shock model of Marscher & Gear (1985). We obtain that this index flattens from alpha=-1.1 to alpha=-0.5, in good agreement with what is expected from a power law electron energy distribution with an index of -2.0. The observed flattening gives support to the idea that radiative (synchrotron and/or Compton) losses are the dominant cooling process of the electrons during the initial phase of the shock evolution. Two other results give us confidence in our decomposition: 1) the outbursts that we identify do well correspond to the VLBI components observed in the jet and 2) there is strong evidence that high-frequency peaking outbursts evolve faster than low-frequency peaking outbursts. We propose that this last correlation is related to the distance from the core of the jet at which the shock forms.

研究の動機と目的

• 長期間にわたる多波長データを用いて、3C 273の相対論的ジェットにおけるフレアイベントのスペクトル的・時間的進化を理解すること。
• 観測されたフレア挙動を用いて、相対論的ジェットにおける衝撃モデルの予測を検証すること。
• フレア進化中の電子エネルギー損失の主因が放射冷却であるかどうかを特定すること。
• ジェット内におけるフレア timescale とピーク周波数の関係を調査すること。
• 特定されたフレアを既知のVLBIコンポーネントと関連付けることで、分解手法の妥当性を検証すること。

提案手法

• 著者らは、3C 273の準ミリ波〜電波帯の光度曲線を、12個の自己相似的でモデルに依存しないフレアに分解している。
• 各フレアの形状を周波数間で保存するパラメータライゼーションを用い、一貫したスペクトル的・時間的進化解析を可能としている。
• 事前に特定の物理的モデルを仮定せず、スペクトル指数の進化を抽出できる。
• 第二の物理的モデリング手法を用いて、3段階の衝撃モデルを分解されたフレアに適合させている。
• 各フレアの上昇期から下降期にかけてのスペクトル指数の進化を追跡し、冷却機構を評価している。
• ピーク周波数とtimescaleの相関を分析することで、ジェット核からの衝撃形成距離を推定している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 273のジェットにおける典型的なフレアの上昇期と下降期に、スペクトル指数はどのように変化するか？
• RQ2 観測されたスペクトル的進化は、Marscher & Gear (1985) の衝撃モデルと整合性があるか？
• RQ3 初期フレア段階における電子冷却の主因が、放射冷却（シンクロトロンおよび/またはコンプトン）であるか？
• RQ4 高周波数でピークを示すフレアは、低周波数でピークを示すフレアよりも速く進化するか？
• RQ5 特定されたフレアは、ジェット内に既知のVLBIコンポーネントと関連づけることができるか？

主な発見

• 光重力的スペクトル指数が上昇期に-1.1から下降期に-0.5に平坦化しており、これは電子エネルギー分布指数が-2.0のべき乗則と整合的である。
• この平坦化は、初期衝撃段階における電子エネルギー損失の主因が放射冷却（主にシンクロトロンおよび/またはコンプトン損失）であることを強く支持している。
• 高周波数ピークを持つフレアは、低周波数ピークを持つフレアよりも速く進化しており、ジェット核からの衝撃形成距離と相関している可能性を示唆している。
• 分解されたフレアは、ジェット内の既知のVLBIコンポーネントの位置と運動とよく一致しており、分解手法の妥当性が裏付けられている。
• 観測されたフレア進化は、Marscher & Gear (1985) の3段階衝撃モデルの予測と良好な定性的一致を示している。
• モデルに依存しない分解手法は、事前に特定の物理的幾何形状を仮定せず、フレアの本質的スペクトル的・時間的特徴を効果的に捉えている。