[論文レビュー] The Continuing Saga of the Explosive Event(s) in the M87 Jet: Is M87 a Blazar?

D. E. Harris, C. C. Cheung+5 more|ArXiv.org|Jul 20, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、M87が、2005年の50–80倍のX線フレア、超光速の電波運動、TeVガンマ線過剰放射を示すというブラザール的行動を示していると主張している。これらは、ブラックホールから100 pc以上も離れた場所にあるジェット核（HST-1）に起因しており、従来のブラザールモデルが中心部近傍に高エネルギー活動を結びつけるという仮定に反する。これは、ブラザール的特徴が特大質量ブラックホールに近接する必要がないことを示唆し、標準モデルの見直しが必要であることを意味する。

ABSTRACT

We review the recent data on the knot HST-1 in the M87 jet in the context of typical blazar behavior. In particular we discuss the wide-band flare of 2005 which peaked at a factor of 50 to 80 times the intensity observed in 2000; the superluminal radio features; and the arguments that support the hypothesis that HST-1 was the source of the excess TeV emission found by H.E.S.S. in 2005. To the extent that M87 can be classified as a blazar, perhaps observed at a somewhat larger angle to the line of sight compared to most blazars, all of these blazar properties originate at a distance greater than 100 pc from the nucleus, and thus cannot be associated with the location of the 'launching of the jet'.

研究の動機と目的

• M87が、通常はファンアロフ＝ライリーI（FRI）電波銀河と分類されるが、その大きな視角にもかかわらずブラザール的行動を示すかどうかを調査すること。
• 2005年のX線およびTeVガンマ線フレアが、核ではなくジェット内の核（HST-1）に起因するかどうかを特定すること。
• HST-1内の超光速電波成分がX線フレアおよびTeV放射と関連しているかどうかを評価し、高エネルギー活動のジェット起源を示すこと。
• 高エネルギーフレアが中心ブラックホールに近接する領域から生じるという従来のブラザール仮説に挑戦すること。

提案手法

• 核、HST-1、および他のジェット核（A、D）のチャンドラX線光曲線の分析。PSF汚染および読み出しストリーク効果の補正を施した。
• VLBAデータ（1.6 GHz）を用いて、HST-1における超光速運動（最大4c）を検出・追跡。これは、核の上流端から相対論的噴出が発生したことを示している。
• H.E.S.S.のX線およびTeV光曲線の比較により、フレアのタイミングを相関させ、高エネルギー放射の起源を評価した。
• ジェット内における相対論的電子（γ ∼ 10⁶）からの逆コンプトン（IC）放射のモデル化。観測結果と整合するTeVフラックスを予測した。
• 光子-光子吸収率の評価により、核がTeV放射の起源である可能性を除外。光学的厚さが1より大きいことから、HST-1がより妥当な起源であると判明。
• 読み出しストリーク光度測定を用いて露出損失を補正し、真のHST-1の光度を回復。ピーク強度の推定値が向上した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2005年のM87ジェットにおけるX線フレアが、2000年のベースライン強度の50–80倍に達したが、これは核ではなくHST-1に起因するものと説明できるか？
• RQ2 HST-1で観測された超光速電波成分が、X線フレアおよびTeV放射と関連しているか。これは、ジェット内に共通の起源があることを示唆するか？
• RQ3 2005年のH.E.S.S.によるTeVガンマ線過剰放射が、スペクトル的・時間的制約を考慮すると、中心エンジンではなくHST-1とより強く関連しているとより妥当に説明できるか？
• RQ4 ブラックホールから100 pc以上も離れた場所でブラザール的行動（フレア、超光速運動、高エネルギー放射）が観測されたことは、標準ブラザールモデルに矛盾するか？
• RQ5 HST-1からのシンクロtron放射およびIC放射の観測スペクトル指数が、同一の相対論的電子集団によって説明可能か？

主な発見

• HST-1におけるX線フレアは、2000年のベースライン強度の50–80倍に達し、読み出しストリーク汚染の補正により、当初の推定値よりも顕著に高い真のピーク強度を示した。
• HST-1における超光速電波成分（最大4c）は、2001–2002年ごろに核の上流端から発生したと判明。これは局所的な噴出イベントを示している。
• H.E.S.S.が2005年に観測したTeVガンマ線過剰放射は、HST-1のX線フレアと時間的に一致しており、共通の起源を支持する。
• 逆コンプトンモデルでは、ローレンツ因子 ≈10⁶の電子が観測されたTeVフラックスを生成可能であり、同じ電子集団からのシンクロtron放射と整合的である。
• 光子-光子吸収率の計算により、核がTeV放射の起源である可能性は否定された（光学的厚さ >1）。これにより、HST-1が放射源であると支持される。
• シンクロtron放射とIC放射のスペクトル指数の類似性は、高エネルギー放射がジェット核HST-1で一箇所から発生していることを支持する。