[論文レビュー] The millimetre variability of M81* -- Multi-epoch dual frequency mm-observations of the nucleus of M81

R. Schöedel, M. Krips+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 28, 2006

Astrophysical Phenomena and Observations被引用数 10

ひとこと要約

本研究は、低光度AGNであるM81*における最初の同時1 mmおよび3 mm連続スペクトル観測を報告し、1 mmでより高い振幅を示す強いミリメートル波長帯の変動を明らかにした。データはバンド間で相関する変動を示し、放射領域の大きさを25シュバルツシルト半径未満に制限しており、これはコンパクトなジェット起源を支持するとともに、M81*がSgr A*と同様に準Eddington降着を研究する上で重要な類縁対象であることを強調している。

ABSTRACT

There are still many open questions as to the physical mechanisms at work in Low Luminosity AGN that accrete in the extreme sub-Eddington regime. Simultaneous multi-wavelength studies have been very successful in constraining the properties of SgrA*, the extremely sub-Eddington black hole at the centre of our Milky Way. M81*, the nucleus of the nearby spiral galaxy M81, is an ideal source to extend the insights obtained on SgrA* toward higher luminosity AGN. Here we present observations at 3 and 1 mm that were obtained within the framework of a coordinated,multi-wavelength campaign on M81*. The continuum emission from M81* was observed during three epochs with the IRAM Plateau de Bure Interferometer simultaneously at wavelengths of 3 and 1 mm. We present the first flux measurements of M81* at wavelengths around 1 mm. We find that M81* is a continuously variable source with the higher variability observed at the shorter wavelength. Also, the variability at 3 and 1 mm appears to be correlated. Like SgrA*, M81* appears to display the strongest flux density and variability in the mm-to-submm regime. There remains still some ambiguity concerning the exact location of the turnover frequency from optically thick to optically thin emission. The observed variability time scales point to an upper size limit of the emitting region of the order 25 Schwarzschild radii. The data show that M81* is indeed a system with very similar physical properties to SgrA* and an ideal bridge toward high luminosity AGN. The data obtained clearly demonstrate the usefulness and, above all, the necessity of simultaneous multi-wavelength observations of LLAGN.

研究の動機と目的

• M81*のミリメートル波長帯における変動を調査し、極めて準Eddington降着状態における降着メカニズムを理解すること。
• Sgr A*（銀河中心ブラックホール）と同様にM81*が変動およびスペクトル的挙動を示すかどうかを特定すること。
• 変動時標を用いて放射領域のサイズと物理的起源を制約すること。
• 多波長変動とスペクトルの折り返し周波数を分析することで、LLAGNにおけるジェット主導の放射の役割を評価すること。
• 弱い降着ブラックホールの正確なモデル化には、同時多波長観測の必要性を示すこと。

提案手法

• IRAM Plateau de Bure干渉計を用いて、3 mmおよび1 mmの同時二波長観測を複数エポックにわたり実施した。
• 核領域のM81*について、3回の観測エポックにわたる高精度なフレームスルーフレーム測定を実施した。
• 光度曲線を分析し、両波長帯における変動振幅および時標を特定した。
• 変動時標を用いて、光の伝播時間の議論により放射領域のサイズに上限を設定した。
• ジェット内のショック波伝播モデルなどのジェット駆動変動モデルを検証するため、スペクトル指数と光度曲線の形状を比較した。
• mm帯とサブmm帯の間でフレームスルーフレームレベルと変動傾向を比較し、スペクトルの折り返し周波数を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 M81*はミリメートル波長帯で変動的に放射しているか？ その変動はSgr A*と比べてどう異なるか？
• RQ2 M81*における変動振幅と観測周波数の関係は何か？
• RQ3 観測された変動時標は、M81*の放射領域のサイズを制約できるか？
• RQ4 M81*のスペクトルエネルギー分布は、mm〜サブmm帯域でジェット主導の放射モデルと整合的か？
• RQ5 同時に観測された多波長データは、LLAGNにおける降着および放射メカニズムの制約をどの程度向上させるか？

主な発見

• 本研究は、M81*を1 mm帯で初めて明確に検出するにあたり、そのサブミリメートル帯での存在を確認した。
• M81*は1 mmおよび3 mmの両帯で連続的な変動を示し、1 mm帯での変動振幅が約1.5倍高い。
• 観測された最短の変動時標は3 mm帯で約5時間であり、放射領域のサイズに25シュバルツシルト半径未満の上限を与える。
• 2005年7月の光度曲線は、2つのフレア減衰が共通の起源を持つ可能性を示しており、ジェット内ショック波モデルと整合的である。
• 両エポックにわたってスペクトル指数は負であり、絶対値もほぼ同一であり、mm〜サブmm帯域におけるSEDの折り返しを支持する。
• 観測された変動およびスペクトル的挙動は、M81*がジェット主導の放射モデルに従うことを強く支持しており、光度差が数個のオーダーにわたるがSgr A*と類似した特徴を示す。