[論文レビュー] The Inner Jet of the Quasar PKS 1510$-$089 as Revealed by Multi-waveband Monitoring

Alan P. Marscher, S. G. Jorstad+23 more|arXiv (Cornell University)|Feb 3, 2010

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

この論文は、2009年の多波長フレア出火の原因を、クェザーPKS 1510-089の内側ジェット内に存在する1つの超光速クルマ（約22c）として特定した。このクルマの核を通過する際、光学偏光が720°回転し、同時に光、X線、γ線の多フレア出火が観測された。このクルマの通過が、全フレアを説明でき、γ線フレアは周囲のシェルトやスプライスから来る変動する種光子に対する逆コンプトン散乱によって駆動されており、ジェットの最も内側領域に複雑で局所的な放射源が存在することを示している。

ABSTRACT

As part of our comprehensive long-term multi-waveband monitoring of 34 blazars, we followed the activity in the jet of the blazar PKS 1510-089 during major outbursts during the first half of 2009. The most revealing event was a two-month long outburst that featured a number of gamma-ray flares. During the outburst, the position angle of optical linear polarization rotated by about 720 degrees, which implies that a single emission feature was responsible for all of the flares during the outburst. At the end of the rotation, a new superluminal knot (~ 22c) passed through the "core" seen on 43 GHz VLBA images at essentially the same time as an extremely sharp, high-amplitude gamma-ray and optical flare occurred. We associate the entire multi-flare outburst with this knot. The ratio of gamma-ray to synchrotron integrated flux indicates that some of the gamma-ray flares resulted from inverse Compton scattering of seed photons outside the ultra-fast spine of the jet. Because many of the flares occurred over time scales of days or even hours, there must be a number of sources of IR-optical-UV seed photons -- probably synchrotron emission -- surrounding the spine, perhaps in a slower sheath of the jet.

研究の動機と目的

• 2009年の出火期間中に、PKS 1510-089の相対論的ジェットにおける高エネルギーγ線フレアの発生源を、多波長観測を用いて特定すること。
• ブレザールジェットにおけるγ線およびX線放射の物理的メカニズムを特定すること。
• 長年の疑問である、高エネルギー放射がVLBIコアの上流、内部、または下流で発生するかを解明すること。
• 電波からγ線帯域にわたる相関する変動を分析することで、逆コンプトン散乱の種光子の源を同定すること。
• 偏光および輝度の時間的変化を追跡することで、ジェットの磁場構造と電子加速メカニズムのモデルを検証すること。

提案手法

• 2009年の出火期間中に、γ線はFermi-LAT、光学偏光測定、43 GHzでのVLBA像取り込みを含む、電波からγ線までの多波長観測を実施した。
• VLBA像取り込みを用いて、超光速クルマ（例：約22cのクルマA）の運動を追跡し、その通過が輝度および偏光のフレアと相関することを確認した。
• 光学線形偏光位置角の変化を分析することで、放射領域の幾何学的構造と動態を推定し、特に720°回転が1つの連続的で一貫した放射特徴を示していることを特定した。
• フレアごとのγ線対シンクロtron放射の比を比較することで、種光子密度の変化と主な放射メカニズム（SSC対EC）の変化を推定した。
• クルマ通過からのフレアタイミングをもとに、コアが出火源から約17 pc下流に位置すると仮定して、ジェット構造をモデル化した。
• 偏光回転速度および方向を用いて、乱流的磁場モデルを除外し、安定で一貫した磁場構造を支持する根拠を得た。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2009年初頭に発生したPKS 1510-089の多フレアγ線出火の物理的起源は何か？ どのジェット特徴がその原因か？
• RQ2 γ線フレアはジェットのどの位置（コアの上流、内部、または下流）で発生するのか？ これは超光速クルマの通過とどのように関係するか？
• RQ3 逆コンプトン散乱の種光子の源は何か？ そして、ジェットに沿って空間的・時間的にどのように変化するか？
• RQ4 一部のγ線フレアは光学輝度の著しい増加を伴わないが、これはどのように解釈できるか？ これにより、局所的な光子密度に何が示唆されるか？
• RQ5 フレアのタイミングおよび偏光の時間的変化は、内側ジェットにおける磁場構造と電子加速メカニズムにどのような制約を課えるか？

主な発見

• 約22cで移動する1つの超光速クルマが、JD 2454959 ± 4にVLBIコアを通過し、光学線形偏光が720°回転し、多フレア出火の開始と一致した。
• 全720°の偏光回転は約60日間を要し、これは1つの連続的で一貫した放射特徴が、出火中の全フレアを引き起こしていたことを示しており、複数の独立したイベントを排除した。
• γ線フレアは逆コンプトン散乱によって駆動されており、γ線対シンクロtron放射の比から、周囲のシェルトやスプライスから来るIR〜UV波長帯の変動する種光子が関与していることが示された。
• γ線対シンクロtron放射比が低いフレア（例：比9）は、2次散乱が重要であることを示しており、一部の状況ではSSCが主なメカニズムであることを示唆している。
• 局所的種光子源の全放射度は約3×10⁴³ erg/sと推定され、これは降着円盤やバルク線領域ではなく、ジェット外縁部の遅い相対論的シェルトまたは衝撃波と整合的である。
• クルマAが通過後、JD 2454990頃に2番目のクルマ（B）が約22cで支配的となった。このとき、同じ方向および勾配で約180°の偏光回転が観測され、モデルの整合性と安定性を確認した。