[論文レビュー] The 2005 - 2010 multiwavelength campaign of OJ287

M. J. Valtonen, Aimo Sillanpää|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、2005年から2010年までの多波長キャンペーンの結果を提示し、一般相対性理論による歳差運動とスペクトル的特徴に基づいて、クェザーOJ287の二重ブラックホール構造を確認した。観測された2005年10月の光学的噴出と2007年9月の噴出は、一般相対性理論的歳差に基づく予測と一致し、ブレムストラール放射と偏光なしの放射を示した。これにより、2次Post-Newtonian（2PN）階層でのモデルが妥当であり、テストパラメータq ≈ 1を用いてホワイトホール定理が確認された。

ABSTRACT

The light curve of quasar OJ287 extends from 1891 up today without major gaps. This is partly due to extensive studies of historical plate archives by Rene Hudec and associates, and partly due to several observing campaigns in recent times. Here we summarize the results of the 2005 - 2010 observing campaign, in which several hundred scientists and amateur astronomers took part. The main results are the following: (1) The 2005 October optical outburst came at the expected time, thus confirming the General Relativistic precession in the binary black hole system. At the same time, this result disproved the model of a single black hole system with accretion disk oscillations, as well as several toy models of binaries without relativistic precession. (2) The nature of the radiation of the 2005 October outburst was expected to be bremsstrahlung from hot gas at a temperature of 3 10^5 degrees K. This was confirmed by combined ground based and ultraviolet observations using the XMM-Newton X-ray telescope. (3) A secondary outburst of the same nature was expected at 2007 September 13. Within the accuracy of the observations (about 6 hours), it started at the correct time. Due to the bremsstrahlung nature of the outburst, the radiation was unpolarized, as expected. (4) Further synchrotron outbursts were expected following the two bremsstrahlung outbursts. They came as scheduled between 2007 October and 2009 December. (5) Due to the effect of the secondary on the overall direction of the jet, the parsec scale jet is expected to rotate in the sky by a large angle, which has been confirmed. The OJ287 binary black hole system is currently our best laboratory for testing theories of gravitation. Using OJ287, the correctness of General Relativity has now been demonstrated up to the second Post-Newtonian order, higher than has been possible using binary pulsars.

研究の動機と目的

• OJ287の二重ブラックホールモデルが、他の単一ブラックホールモデルや非相対論的二重モデルと比較して妥当かどうかを検証すること。
• 光学的噴出のタイミングを観測することで、一般相対性理論的歳差の予測を検証すること。
• 多波長および偏光データを用いて、噴出の放射メカニズムを特定すること。
• 一般相対性理論の高次のPost-Newtonian項とホワイトホール定理を、軌道力学を用いてテストすること。

提案手法

• 歴史的光曲線によって制約された軌道解を用いて、相対論的歳差を伴う二重ブラックホールとして系をモデル化すること。
• 12年周期の軌道と相対論的歳差に基づいて噴出時刻を予測し、時間精度を数時間まで高めた高精度のタイミングを実施すること。
• 光学、紫外線、X線、電波の多波長データを分析し、スペクトル的および偏光的特徴から放射メカニズムを同定すること。
• XMM-NewtonのX線観測を用いて、2005年の噴出時に約3×10⁵ Kのブレムストラール放射が確認されたこと。
• 運動方程式にテストパラメータqを導入し、一般相対性理論からのずれを評価し、一般相対性理論ではq=1となるようにすること。
• 解像度の高いパーセクスケールの電波ジェットデータを用いて、ジェットの向きとディスクの揺れ運動を制約すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2005年10月の噴出は、一般相対性理論的歳差モデルによって予測された時刻に発生したか。それとも、代替モデルでは1年遅れとなるのか？
• RQ2 2005年の噴出からの放射は偏光しているか、偏光していないか。これは、ブレムストラール放射かシンクロtron放射のどちらを支持するか？
• RQ3 2007年9月の噴出時刻は、1日未満の精度で予測可能であり、歳差を伴う二重ブラックホールモデルと一致するか？
• RQ4 2007年から2009年の間のシンクロtron噴出は、ブレムストラールイベントの後に予測された順序に従っているか？
• RQ5 テストパラメータqの値は、軌道解でどのようになるか。一般相対性理論が2次Post-Newtonian（2PN）階層で確認されるか？

主な発見

• 2005年10月の噴出は、予測時刻の1週間以内に発生し、一般相対性理論的歳差が確認された。これにより、歳差なしの二重ブラックホールモデルやディスク振動を伴う単一ブラックホールモデルは除外された。
• 2005年の噴出は偏光のない放射を示し、約3×10⁵ Kのブレムストラール放射と一致した。XMM-NewtonのX線観測によって裏付けられた。
• 2007年9月13日の噴出は、予測時刻の6時間以内に開始され、ハリー彗星の予測精度と同等の精度で歳差を伴う二重ブラックホールモデルと一致した。
• 2007年10月から2009年12月にかけてのその後のシンクロtron噴出は、計画通りに発生し、モデルの予測能力を裏付けた。
• パーセクスケールのジェットは2009年までに明確な回転を示し、二次的ブラックホールによる降着ディスクの摂動と整合的であった。
• ホワイトホール定理のテストパラメータqはピークでq=1を示し、q=0（スピン-軌道結合なし）およびq=2（物質的物体）は4σ水準で除外された。これにより、一般相対性理論は1.5PNを超える高次の階層で確認された。