[論文レビュー] Relation between Events in the Millimeter-wave Core and Gamma-ray Outbursts in Blazar Jets

Alan P. Marscher, S. G. Jorstad+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 30, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、3年間のVLBA 43 GHz観測とFermi-LATデータを用いて、ミリ波コアフレアとガンマ線噴出の強い時間的・空間的相関関係を確立した。乱流プラズマがランダムな磁場および電子密度の揺らぎによって駆動される定常的錐形シャワーを通過することで、急速かつ高エネルギーの変動が生じるメカニズムを提案し、孤立したシャワーまたは準秒級BLR相互作用に依存するモデルに挑戦するものである。

ABSTRACT

Analysis of comprehensive monitoring of 34 gamma-ray bright quasars, BL Lac objects, and radio galaxies reveals a close connection between events in the millimeter-wave emission imaged with the VLBA at 43 GHz and flares at gamma-ray and lower frequencies. Roughly 2/3 of the flares are coincident with the appearance of a new superluminal knot and/or a flare in the millimeter-wave "core'" located parsecs from the central engine. This presents a theoretical challenge to explain how the gamma-ray flux can often be variable on intra-day time-scales. Possible answers to this include very narrow opening angles of the jet, small volume filling factors of the highest energy electrons, chaotic magnetic fields, and turbulent velocity fields relative to the mean jet flow.

研究の動機と目的

• ブラーざのガンマ線フレアとミリ波コア活動との間の空間的・時間的関係を特定すること。
• ガンマ線フレアがブロードライン領域（BLR）にあるのか、あるいはパーセクスケールのジェット領域にあるのかという長年の論争を解消すること。
• 中心天体からパーセク距離に位置する領域で発生するイントラデイガンマ線変動を可能にする物理的メカニズムを調査すること。
• 乱流プラズマの揺らぎとシャワー通過が、相対論的ジェットにおける多波長変動を駆動するという仮説を検証すること。

提案手法

• 34個のガンマ線が明るいブラーざを対象に、3年以上にわたる月次VLBA 43 GHz観測を実施し、0.1 masの角分解能を達成した。
• AIPSおよびDifmapを用いて自己校正とCLEANアルゴリズムを適用し、パーセクスケールジェット構造の高信頼性なミリ波画像を生成した。
• VLBA光曲線および超光速クルーズの発生イベントと、Fermi-LATのガンマ線光曲線を相関分析した。
• 偏光およびフラックス密度の変動を分析し、乱流磁場および電子分布構造を推定した。
• 変動を、変動する電子加速効率を有する定常的錐形シャワーを通過する乱流プラズマフローのモデルで記述した。
• フラックス変動のパワースペクトルを評価し、確率的プロセスと離散的シャワーイベントを区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラーざのガンマ線フレアは、ミリ波コアフレアまたは超光速クルーズの発生と一致するか？
• RQ2 観測されたイントラデイガンマ線変動は、準秒級BLR相互作用ではなく、パーセクスケールジェットプロセスによって説明可能か？
• RQ3 乱流磁場やシャワー通過といった物理的メカニズムが、急速かつ高エネルギーの変動を生じるにはどのようなものか？
• RQ4 偏光特性およびフラックス変動は、放射領域の幾何学的・動的特性をどのように制約するか？
• RQ5 ミリ波とガンマ線フレアの観測された相関関係は、確率的プロセスか離散的シャワーイベントか、どちらと整合性があるか？

主な発見

• ガンマ線フレアのおよそ2/3が、新しい超光速クルーズの出現または43 GHzコアでのフレアと時間的・空間的に相関している。
• 3C 273では、主要なガンマ線噴出（RJD 5050）が、2つの新しい超光速クルーズ（K4およびK5）の発生と一致し、RJD 5091に線形偏光がピークに達した。
• 噴出の直後450日間の低活動期には、明るい新しいクルーズが出現しなかったため、クルーズ発生とフレアの因果関係を支持する。
• 観測された可視光およびガンマ線変動は、ランダムな磁場配向を持つ乱流セルからの放射と整合的であり、それぞれ平均で約10％の偏光を寄与している。
• 電波、可視光、X線、ガンマ線バンドにおけるフラックス変動のレッドノイズパワースペクトルは、孤立したシャワーイベントよりも確率的プロセスを支持する。
• 乱流プラズマが定常的錐形シャワーを通過するモデルは、観測された偏光位置角、急速な変動、スペクトルの傾きを説明でき、磁場の向きが電子加速効率の鍵を握っている。