[論文レビュー] The Apparent "Angular Size - Frequency" Dependence in ~3000 Parsec-scale Extragalactic Jets

Jun Yang, S. Frey+2 more|ArXiv.org|Nov 18, 2008

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、VLBI visibilityデータを用いて約3000パーセクスケールの銀河間ジェットの角度サイズ–周波数関係を分析し、θ ∝ ν^−0.95±0.37 のべき乗則的依存性を発見した。この結果は、不均一なジェットにおけるシンクロトロン自己吸収によって最もよく説明され、自由自由吸収や散乱広がりが支配的メカニズムであるとは考えられない。

ABSTRACT

The upper envelope of the amplitude of the VLBI visibility function usually represents the most compact structural pattern of extragalactic radio sources, in particular, the "core-jet" morphologies. By fitting the envelope to a circular Gaussian model in ~3000 parsec-scale core-jet structures, we find that the apparent angular size shows significant power-law dependence on the observing frequency (power index n = -0.95 pm 0.37). The dependence is likely to result from synchrotron self-absorption in the inhomogeneous jet and not the free-free absorption (n = -2.5), nor the simple scatter broadening (n leq -2).

研究の動機と目的

• 高分解能VLBIデータを用いて、銀河間ジェットの見かけの角度サイズ–周波数依存性を特徴づけること。
• 観測された周波数依存性が、ジェットの内部物理的性質に起因するのか、外部の吸収・散乱効果に起因するのかを特定すること。
• コア・ジェット構造が、宇宙論的距離校正のための標準定規として有効であるかを検証すること。
• 観測されたサイズ–周波数関係の主なメカニズムとして、シンクロトロン自己吸収、自由自由吸収、散乱広がりのうちどれが支配的であるかを区別すること。

提案手法

• VLBI可視性振幅のu–v平面上の上側エッジに円形ガウス分布をフィットした際のFWHMとして、特徴的な角度サイズθを定義した。
• 可視性振幅モデルを用いた：Γ(ρ) = exp[−(πθρ)²/(4 ln 2)]、ここでρは波長単位のu–v半径である。
• 6バンド（2.3–43 GHz）にわたる主要な調査（RRFID、VCS、VIPS、VLBA 2-cm調査など）の多周波数VLBIデータを収集した。
• 校正済みu–vデータから上側エッジの点を抽出し、各周波数で円形ガウスモデルにフィットしてθを導出した。
• 得られたθ–νデータをべき乗則関数θ ∝ ν^nにフィットして、べき乗指数nを決定した。
• 観測されたnを、シンクロトロン自己吸収（n ≈ −1/k_r）、自由自由吸収（n = −2.5）、散乱広がり（n ≤ −2）の理論的予測と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 pcスケール銀河間ジェットにおける見かけの角度サイズの統計的周波数依存性は何か？
• RQ2 シンクロトロン自己吸収、自由自由吸収、散乱広がりのうち、観測されたθ–ν関係を最もよく説明するのはどの物理的メカニズムか？
• RQ3 観測されたべき乗指数は、異なる吸収メカニズムの理論的予測とどのように一致するか？
• RQ4 コア・ジェット構造は、周波数依存的サイズを考慮した場合、宇宙論的距離校正の標準定規として信頼できてか？
• RQ5 観測された依存性は、異なる赤方偏移およびジェット構造に対して一貫しているか？

主な発見

• 約3000パーセクスケールのジェットにおける最もコンパクトな成分の見かけの角度サイズは、周波数に対してべき乗則的依存性を示す：θ ∝ ν^−0.95±0.37。
• べき乗指数n = −0.95±0.37は、k_r ≈ 1の不均一なジェットにおけるシンクロトロン自己吸収の理論的予測と整合的である。
• 観測された依存性は、自由自由吸収（期待されるn = −2.5）および散乱広がり（期待されるn ≤ −2）とは整合しない。
• この結果は、広い赤方偏移範囲（0 < z < 5）で成立し、赤方偏移の仮定に依存しない。
• nの分布は−0.95付近にピークを持ち、狭い分散（σ ≈ 0.37）を示しており、一貫性があり、物理的起源が明確である。
• 可視性振幅の上側エッジは、わずかに分解能が低い状態の源に対しても、電波コアサイズの統計的に意味のある代理指標を提供する。