[論文レビュー] On the conversion of blast wave energy into radiation in active galactic nuclei and gamma-ray bursts

M. Pohl, R. Schlickeiser|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 1999

Gamma-ray bursts and supernovae被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、活動銀河核（AGN）およびガンマ線バースト（GRBs）における相対論的爆風波が、相対論的二流れ不安定性によって、取り巻く周囲物質を爆風フレームで急速に等方化し、追加の加速機構を必要とせずに運動エネルギーを放射に変換するメカニズムを提案する。モデルは初期条件のみを用いて多波長AGNデータをうまく再現しており、スペクトルの進化とエネルギー変換がこれらのパrameterにのみ依存することを示している。

ABSTRACT

It has been suggested that relativistic blast waves may power the jets of AGN and gamma-ray bursts (GRB). We address the important issue how the kinetic energy of collimated blast waves is converted into radiation. It is shown that swept-up ambient matter is quickly isotropised in the blast wave frame by a relativistic two-stream instability, which provides relativistic particles in the jet without invoking any acceleration process. The fate of the blast wave and the spectral evolution of the emission of the energetic particles is therefore solely determined by the initial conditions. We compare our model with existing multiwavelength data of AGN and find remarkable agreement.

研究の動機と目的

• 相対論的爆風波に含まれる運動エネルギーがAGNおよびGRBsでどのように観測可能な放射に変換されるかを調査すること。
• ジェット内での相対論的粒子の形成が、従来の粒子加速機構を仮定せずに可能かどうかを特定すること。
• 初期条件のみがこれらの系における爆風のスペクトル的進化と最終的運命を支配する程度を評価すること。
• モデルの予測を、AGNからの既存の多波長観測データと比較すること。

提案手法

• 本研究では、AGNおよびGRBsの文脈において、相対論的爆風波の力学をモデル化し、放射へのエネルギー変換に注目する。
• 本研究では、爆風フレームにおける取り巻く周囲物質の等方化に、相対論的二流れ不安定性を主なメカニズムとして採用する。
• 本モデルでは、粒子のエネルギー増幅が不安定性そのものに起因すると仮定し、別個の加速プロセスの必要性を排除する。
• 放射のスペクトル的進化は、不安定性によって生成された粒子の初期エネルギー分布およびローレンツ因子から導出される。
• モデルの予測は、X線および電波放射を含むAGNからの多波長観測データと照合される。
• 分析は、衝撃波のローレンツ因子や周囲密度といった初期条件が、最終的な放射スペクトルをどのように決定するかに焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 相対論的爆風波における運動エネルギーがAGNおよびGRBsでどのように効率的に放射に変換されるか。
• RQ2 ジェット内での相対論的粒子の形成が、標準的な粒子加速機構を仮定せずに可能かどうか。
• RQ3 初期爆風条件のみから、放射のスペクトル的進化をどの程度正確に予測できるか。
• RQ4 モデルがAGNからの観測された多波長放射をどの程度よく再現するか。

主な発見

• 相対論的二流れ不安定性は、爆風フレームにおいて取り巻く周囲物質を効率的に等方化し、外部加速を必要とせずに相対論的粒子を生成する。
• モデルは、スペクトル的進化と放射出力が、衝撃波のローレンツ因子や周囲密度といった初期条件によって完全に決定されることを示している。
• モデルが予測する放射スペクトルは、特にX線および電波帯で、AGNの多波長観測と顕著な一致を示している。
• 外部加速プロセスが存在しないことで、エネルギー変換メカニズムが自己完結的かつ観測的に妥当なものとなる。
• 本モデルは、爆風の物理的性質と周囲物質との相互作用の物理学のみを用いて、AGNジェットの広帯域放射を効果的に説明している。