[論文レビュー] Physical properties of blazar jets from VLBI observations

A. P. Lobanov|arXiv (Cornell University)|Oct 14, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、非常に長基線干渉計測定（VLBI）を用いて、ブレーザーにおける相対論的ジェットの物理的性質を調査し、パーセクスケールの電波構造と高エネルギーのフレア活動を関連付ける。非熱的連続スペクトル放射—特にフレア時において—は、ブラックホールから最大10パーセク離れた拡張したジェット領域から発生しており、VLBIは約1000重力半径の解像度に達し、電波、光学、ガンマ線の変動との相関を明らかにする。

ABSTRACT

(abridged) Relativistic jets, formed in the vicinity of central supermassive black holes in AGN, show ample evidence connecting them to physical conditions in the accretion disc and broad-line region. The jets are responsible for a large fraction of non-thermal continuum emission (particularly during powerful flares), which makes understanding their physics an important aspect of studies of blazars characterised by profound flaring activity arising from extremely compact regions. Imaging and polarimetry of radio emission on milliarcsecond scales provided by very long baseline interferometry (VLBI) offers a range of possibilities for studying ultra-compact regions in relativistic jets and relating them to main manifestations of the blazar activity in AGN. Simultaneous monitoring of optical/high energy variability and evolution of parsec-scale radio structures yields arguably the most detailed picture of the relation between acceleration and propagation of relativistic flows and non-thermal continuum generation in blazars. These effects are reviewed and discussed in the context of deriving accurate and self-consistent models for central regions of blazars.

研究の動機と目的

• 高解像度VLBI観測を用いて、ブレーザーの相対論的ジェット内の物理的状態を理解すること。
• 特にフレア時に発生する非熱的連続スペクトル放射の空間的起源を、全電磁スペクトルにわたって特定すること。
• ジェットの運動・加速・変動を、電波、光学、X線、ガンマ線の多波長変動および光学厚さ効果と関連付けること。
• 磁場、衝撃波、プラズマ不安定性がジェット形成およびエネルギー散逸に果たす役割を評価すること。
• Fermi/LATからの高エネルギー観測と空間的に解像された電波データを統合することで、ブレーザー放射の物理的モデルを改善すること。

提案手法

• センチメートルおよびミリメートル波長での非常に長基線干渉計測定（VLBI）を用い、パーセクスケールの電波構造をサブミリアーセンド以下に解像度を上げて画像化する。
• 電波、光学、および高エネルギー（X線およびガンマ線）変動を同時にモニタリングすることで、構造的変化とフレア活動の相関を分析する。
• 自己吸収および自由自由吸収モデルを適用し、コンパクトなジェット領域における磁場強度と電子密度を推定する。
• 光学厚さ測定を用いて、約1000重力半径のスケールまで磁場強度を推定する。
• 時間遅れ、核の光学厚さ、ジェット成分の噴出を分析し、ジェット加速および変動メカニズムを制約する。
• VLBIデータとFermi/LAT観測を統合し、高エネルギー放射の位置特定とマルチゾーン放射モデルの検証を行う。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非熱的連続スペクトル放射—特にフレア時において—は、相対論的ジェットのどの部分で主に生成されるのか？
• RQ2 時間遅れ、ジェット加速、核の光学厚さが観測される全波長スペクトルエネルギー分布（SED）および変動にどのように影響するか？
• RQ3 ガンマ線放射領域の空間的スケールはどの程度で、中心エンジンから最大10パーセクまで延びているか？
• RQ4 ジェット成分の噴出は、内側の降着円盤の不安定性および衝撃形成とどのように関連しているか？
• RQ5 電波–光学–ガンマ線の多波長相関が、単一ゾーン放射モデルを支持するか、あるいは挑戦するか、その程度はいかほどか？

主な発見

• 非熱的連続スペクトル放射、特にフレア時には、ブラックホールから最大10パーセク離れた拡張したジェット領域から生成されている。
• VLBI観測により、約1000重力半径の解像度に達し、ジェット形成領域の直接的探査と光学厚さ効果による磁場強度測定が可能になった。
• パーセクスケールの電波放射と光学・ガンマ線変動の相関から、高エネルギーのフレアは中心エンジンの活動だけでなく、ジェット構造の変化とも関連していることが示された。
• 時間遅れおよび光学厚さの変化は、ジェット加速および衝撃構造が観測されるSEDおよび変動 timescale に顕著に影響していることを示唆している。
• 静穏状態のガンマ線放射は、約10パーセクまで延びるジェット領域から発生している可能性があり、高エネルギー放射が中心エンジン付近に限定されるモデルに挑戦する。
• 多波長変動およびVLBIによる構造的変化は、全波長SEDのマルチゾーン放射モデルを強く支持しており、単一ゾーンモデルを上回る。