[論文レビュー] Multi-frequency linear and circular radio polarization monitoring of jet emission elements in $Fermi$ blazars

I. Myserlis, E. Angelakis+6 more|arXiv (Cornell University)|Jan 9, 2014

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、F-GAMMAプログラムの一環として、PKS 1510−089における多周波数・高タイムスケールの電波偏光モニタリングを実施し、主要なフレア活動期における複雑な偏光の時間的変化を明らかにした。MJD 55900付近で観測された90°の電場ベクトル位置角（EVPA）の揺れは、光学的厚さの変化に起因する放射的スイング（radiative swings）と解釈され、相対論的ジェット流における光学的厚さから薄さへの遷移の直接的証拠を示している。

ABSTRACT

Radio emission in blazars -- the aligned subset of Active Galactic Nuclei (AGN) -- is produced by synchrotron electrons moving relativistically in their jet's magnetic field. Under the assumption of some degree of uniformity of the field, the emission can be highly polarized -- linearly and circularly. In the radio regime, the observed variability is in most of the cases attributed to flaring events undergoing opacity evolution, i.e. transitions from optically thick to thin emission (or vice versa). These transistions have a specific signature in the polarization parameter space (angle and magnitude) which can be traced with high cadence polarization monitoring and provide us with a unique probe of the microphysics of the emitting region. Here we present the full Stokes analysis of radio emission from blazars observed in the framework of the F-GAMMA program and discuss the case study of PKS\,1510$-$089 which has shown a prominent polarization event around MJD 55900.

研究の動機と目的

• 高タイムスケールの多周波数電波偏光モニタリングを用いて、フェルミブレーザーにおける相対論的ジェットの微視的性質を調査すること。
• 偏光ジェット放射における電場ベクトル位置角（EVPA）の揺れを引き起こす要因が幾何的要因か放射的要因かを区別すること。
• 全ストークスパラメータ（I, Q, U, V）を分析し、ジェット放出要素における光学的厚さの変化と磁場構造を追跡すること。
• PKS 1510−089におけるスペクトル関数の変化とフレア活動と関連する偏光イベントを特定・特徴付けること。
• 観測されたEVPA回転が放射的スイング（光学的厚さの変化）によるものか、それとも放出プラズマの幾何的運動によるものかを特定すること。

提案手法

• F-GAMMAプログラムの一環として、100mエーフェルスベルク電波望遠鏡を用いて、5–23 GHzの多周波数で高タイムスケールの偏光観測を実施した。
• 校正済みデータから線形偏光度、EVPA、円偏光を導出するため、全ストークスパラメータ（I, Q, U, V）の解析を実施した。
• バンド間（2.6–8.4 GHz および 10.5–23.1 GHz）でのスペクトル指数（α）の時間的変化を追跡し、光学的厚さ（τ）を推定し、光学的厚さと薄さの領域を区別した。
• 2つの競合するメカニズム（ヘリカルジェットの運動に起因する幾何的回転と、光学的厚さの変化に起因する放射的スイング）を用いてEVPAの時間的変化をモデル化した。
• 理論的予測として、τ ≈ 1のときEVPAは正確に90°回転し、偏光度はゼロに低下することを用いた。
• 観測された回転速度（5 GHzで1.2°/日、10 GHzで0.5–0.8°/日）を理論的予測と比較し、EVPA揺れの性質を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MJD 55900付近で観測されたPKS 1510−089の90°のEVPA揺れの原因は何か。これは放射的要因か幾何的要因に起因するか。
• RQ2 フレア活動期に偏光度とスペクトル指数はどのように変化するか。これにより、放出領域の光学的厚さはどのように特定されるか。
• RQ3 観測された偏光挙動は、単一の放出要素が光学的厚さの変化を経るモデルで説明可能か。それとも複数の成分が必要か。
• RQ4 円偏光は、相対論的ジェットにおける磁場構造と観測方向の関係をどのように特定するか。
• RQ5 EVPAの観測された回転速度は、放射的スイングの理論的予測とどのように一致するか。

主な発見

• MJD 55600から56170の間に、PKS 1510−089のEVPAは約125°（約65°から−60°）回転し、5 GHzでは1.2°/日、10 GHzでは0.5°/日という速度で変化した。
• MJD 56170以降、EVPAは−60°から40°へと約100°反対方向に回転し、5 GHzでは1.2°/日、10 GHzでは0.8°/日という速度で変化した。
• フレア活動期を通じて偏光度は約2–3%で安定しており、主なフレア期には光学的厚さの変化は観測されず、これは光学的厚さの状態（α > 0）と整合的である。
• MJD 56170付近の2回の急速なEVPA回転は、光学的厚さの変化に起因する放射的スイング（τ ≈ 1）と解釈され、それぞれ90°の回転と偏光度の低下を伴った。
• 観測された回転速度とスペクトル挙動は、初期に光学的厚さであった第二の放出要素が、その後光学的薄さの状態に移行することで、二重のEVPAスイングが生じたモデルを支持している。
• 主なフレア期に偏光度の低下が見られなかったことから、初期の放出要素は光学的厚さの状態を維持していたと考えられ、放射的スイングはその後に発生した別個の放出成分によって駆動されたものであると結論づけられた。