[論文レビュー] The Inner Jet of the Radio Galaxy M87

Y. Y. Kovalev, M. L. Lister+2 more|ArXiv.org|Aug 20, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 40被引用数 116

ひとこと要約

本研究では、M87の内側ジェットを2 cmの高分解能VLBA観測により行い、縁が明るく光る構造と、やや明るい延長された反ジェット特徴を明らかにした。これは、本質的非対称性または高速なスパインと遅いシースの2成分からなるジェットである可能性を示唆している。強い相対論的ビーミングの期待とは対照的に、ジェット特徴は光速の数パーセント未塔でしか動かないため、ジェットのバルクフローが検出可能な衝撃波速度を超える可能性があり、これはTeV放射と相対論的ビーミングの異常を説明するスパイン・シースモデルを支持する。

ABSTRACT

We report new 2 cm VLBA images of the inner radio jet of M87 showing a limb brightened structure and unambiguous evidence for a faint 3 mas long counter-feature which also appears limb brightened. Multi-epoch observations of seven separate jet features show typical speeds of less than a few percent of the speed of light, despite the highly asymmetric jet structure and the implications of the canonical relativistic beaming scenario. The observed morphology is consistent with a two stream spine-sheath velocity gradient across the jet, as might be expected from the recently discovered strong and variable TeV emission as well as from numerical modeling of relativistic jets. Considering the large jet to counter-jet flux density ratio and lack of observed fast motion in the jet, we conclude that either the inner part of the M87 jet is intrinsically asymmetric or that the bulk plasma flow speed is much greater than any propagation of shocks or other pattern motions.

研究の動機と目的

• 2 cm波長の高ダイナミックレンジVLBA観測を用いて、M87の内側電波ジェットを数パーセク未塔のスケールで解像すること。
• M87の顕著な非対称ジェット構造の文脈において、ジェット特徴の運動学と相対論的ビーミングモデルの妥当性を検証すること。
• 観測されたジェット・反ジェットの輝度比と高速運動の欠如が、本質的非対称性か2成分構造のジェットであることを示唆するかを特定すること。
• 観測された形態と変動するTeV放射を説明するスパイン・シースモデルの妥当性を評価すること。
• 独立した画像処理と人工データモデリングを用いて、やや明るい反ジェット特徴の真正性を検証すること。

提案手法

• 全トラックアワー角観測とアーカイブデータを用いた2 cm波長の高ダイナミックレンジVLBA画像化により、ダイナミックレンジ >15,000:1を達成した。
• 1995年から2007年までの複数エポックにわたる監視観測をVLBAおよびVLAで実施し、21枚の画像をAIPSおよびDifmapを用いてキャリブレーションおよび可視度平面特徴適合に処理した。
• 異なる研究者が別々にDifmapおよびAIPSを用いて画像再構築することで、弱い特徴の検出の整合性と頑健性を検証した。
• 同一のuvカバレッジとノイズレベルを有する人工データセットのシミュレーションを実施し、事前の知識なしに検出の信頼性をテストした。このうち1つのシミュレーションには合成された反ジェット特徴を含めた。
• 観測されたジェット対反ジェットの輝度比と特徴の速度を相対論的ビーミング理論と比較し、バルクフロー速度βなどの本質的ジェットパラメータを推定した。
• スパイン・シースの速度勾配を用いたジェット形態のモデリングにより、縁の明るさと高速移動特徴の欠如を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M87のジェットと反ジェットの輝度密度における観測された非対称性は、本質的非対称性を示唆するか、それとも標準的相対論的ビーミングの破れを示唆するか？
• RQ2 高いジェット対反ジェット輝度比があるにもかかわらず、M87のジェット特徴が光速の数パーセント未塔の速度しか示さないのはなぜか？
• RQ3 やや明るく、縁が明るく光る反ジェット特徴が真正であると確認できるか、それとも機器的要因やノイズ由来のものではないか？
• RQ4 2成分構造のスパイン・シースジェットモデルは、観測された形態、検出不能な運動、および変動するTeV放射と整合するか？
• RQ5 観測結果が、ジェットプラズマの本質的バルクフロー速度βにどのような制約を課えるか？

主な発見

• VLBA画像は、縁が明るく光るジェット構造と、約3 mas南東方向に延長するやや明るい反ジェット特徴を明らかにした。独立した画像処理と人工データテストにより、これは真正であると確認された。
• 複数エポックの観測により、ジェット特徴の速度は光速の数パーセント未塔であることが判明し、高速移動を予測する単純な相対論的ビーミングモデルとは整合しない。
• ジェット対反ジェットの輝度密度比から、コアから3.1 mas以内では本質的バルクフロー速度β > 0.5–0.6であり、それより外側では>0.9に増加することが示唆された。
• 観測された形態と検出不能な運動は、高速スパインと遅いシースからなる2成分構造のスパイン・シースジェットモデルを支持しており、縁の明るさと高速移動特徴の欠如の両方を説明できる。
• M87からの変動的TeV放射は、直接見えない高速スパインが逆コンプトン散乱により高エネルギー放射を生成するスパイン・シースモデルと整合する。
• 人工データにおいても、反ジェット特徴の輝度密度と延長構造が正しく同定されたため、その検出は頑健であり、アーティファクトではないことが確認された。