[論文レビュー] The jet-disk symbiosis. II. Interpreting the Radio/UV correlations in quasars

H. Falcke, Matthew A. Malkan+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 1994

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、クェเซアの電波/紫外線輝度相関を調査し、降着円盤によって駆動される相対論的ジェットが電波コア放射と紫外線輝度の両方を説明すると提案する。電波強性クェーサーではジェット出力が降着円盤輝度の1/3以上である必要があり、効率的な電子注入（例：二次対生成を介した）とローレンツ因子γj ≈ 3–10が要求される。一方、電波弱性クェーサーは類似したジェットを有するが対生成が抑制されている可能性があり、相対論的ビーム効果による統一が示唆される。

ABSTRACT

We investigate the correlation between the accretion disk (UV) luminosity and the radio core emission of a quasar sample. In a radio/$L_{\ m disk}$ plot we find the quasars to be separated into four classes: core dominated quasars (CDQ), lobe dominated quasars (LDQ), radio-intermediate quasars (RIQ) and radio weak quasars. In general the radio core emission scales with the disk luminosity, especially in the radio weak quasars. This shows that radio and UV emission have a common energy source and that the difference between radio loud and radio weak is established already on the parsec scale. We investigate the possibility that radio jets are responsible for the radio core emission in radio loud and radio weak quasars. Comparing our data with a simple jet emission model that takes the limits imposed by energy and mass conservation in a coupled jet-disk system into account, we find that radio loud jets carry a total power $Q_{\ m jet}$ that is at least 1/3 of the observed disk luminosity $L_{\ m disk}$. For the electron population one is forced to postulate an efficient process producing a large number of pairs and/or injecting electrons with a distribution with low-energy cut-off around 50 MeV -- secondary pair production in hadronic cascades could be such a process. The bulk Lorentz factor of the jet is limited to a narrow region ($3\\la\\gamma_{\ m j}\\la10$)). The radio emission of radio weak quasars can be explained with exactly the same parameters for a powerful relativistic jet if secondary pair production, as suggested for radio loud jets, is inhibited. There is evidence that RIQ are the relativistically boosted population of radio weak quasar jets. We can estimate the hidden disk luminosity of FR II galaxies and find that this is consistent with FRII being misdirected quasars.

研究の動機と目的

• クェーサーにおける観測された電波コア輝度と紫外線円盤輝度の相関の物理的起源を理解すること。
• 相対論的ジェットが、電波弱性源を含むすべてのクェーサー型で電波放射を担っているかどうかを特定すること。
• 電波強性／電波弱性の二分法が、本質的なジェット出力の違いによるものか、観測方向の効果によるものかをテストすること。
• エネルギーおよび質量保存則を用いて、ジェット出力、ローレンツ因子、電子注入効率といったジェットパラメータを制約すること。
• 電波中程度および電波弱性クェーサーが、標準的な電波弱性源の相対論的ビーム効果版である可能性を検討すること。

提案手法

• クェーサーのサンプルを電波輝度対円盤輝度（L_disk）の平面にプロットし、コア優勢型（CDQ）、ラーム優勢型（LDQ）、電波中程度型（RIQ）、電波弱性型（RWQ）に分類する。
• エネルギーおよび質量保存則を満たすジェット放射モデルを適用し、最小ジェット出力（Q_jet）を導出する。
• 電子集団の制約を用いて注入メカニズムを推定し、ハドロニクスカスケードにおける二次対生成のようなプロセスを好む。
• 観測された電波コア放射および輝度スケーリングと整合性を持つように、ジェットのバルクローレンツ因子（γj）を推定する。
• クェーサークラス間でのジェットパラメータを比較し、特に相対論的ビーム効果がRIQおよびRWQ集団を説明する役割をテストする。
• FRII電波銀河における隠れた円盤輝度を、クェーサーのジェットパラメータを外挿することで推定し、統一モデルとの整合性をテストする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クェーサーにおける観測された電波コア輝度と紫外線円盤輝度の相関の物理的起源は何か？
• RQ2 同じジェットモデルが電波強性および電波弱性クェーサーの両方を説明できるのか、それとも異なるメカニズムを要するのか？
• RQ3 観測された電波輝度を再現するために必要な最小ジェット出力および電子注入効率は何か？
• RQ4 エネルギーおよび質量保存則が、クェーサーにおける相対論的ジェットのバルクローレンツ因子にどのような制約を課えるか？
• RQ5 電波弱性／電波強性の二分法は、主にジェット出力の本質的差異に起因するのか、それとも観測方向の効果によるものなのか？

主な発見

• 電波コア輝度は、特に電波弱性クェーサーにおいて円盤輝度と強く相関しており、共通のエネルギー源を示唆する。
• 電波強性クェーサーではジェット出力Q_jet ≥ 1/3の観測円盤輝度L_diskが要求され、円盤からジェットへのエネルギー結合が効率的であることを示唆する。
• 電波強性ジェット内の電子集団は、ハドロニクスカスケードにおける二次対生成のような効率的注入メカニズムを必要とし、低エネルギー端末は約50 MeV付近に位置する。
• ジェットのバルクローレンツ因子は3 ≤ γj ≤ 10に制約され、相対論的ビーム効果モデルと整合的である。
• 電波弱性クェーサーは、二次対生成が抑制されていれば、電波強性クェーサーと同一のジェットパラメータで説明可能であり、統一的メカニズムを示唆する。
• 電波中程度クェーサーは、電波弱性クェーサーの相対論的ビーム効果版と整合的であり、統一スキームを支持する。
• FRII電波銀河における推定された隠れた円盤輝度は、クェーサー統一モデルの予測と一致しており、FRIIが歪められたクェーサーであるという考えを強化する。