[論文レビュー] The Optical Properties of PKS 1222+216 During the Fermi Mission

Paul S. Smith, Gary D. Schmidt+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 27, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 5

ひとこと要約

本研究は、フェルミミッション中の赤方偏移 z=0.435 のクェザー PKS 1222+216 の光学的性質を分析し、2成分構成の光学スペクトルを明らかにした。これは、相対論的ジェットから発する可変で偏光したシンクロトロン連続スペクトルと、安定で非偏光のクェザー様成分から成る。γ線と光学の増光が強く見られるにもかかわらず、γ線と光学の活動の間に相関は認められず、ジェットの非熱的放射が幅広い線幅領域の数パーセク下流で発生している可能性を示唆しており、線放出ガスとは分離している。

ABSTRACT

The optical properties of the z = 0.435 quasar PKS 1222+216 (4C+21.35) are summarized since the discovery of impressive gamma-ray activity in this source by Fermi/LAT. Unlike several other gamma-ray-bright blazars, there appears to be little connection between optical and gamma-ray activity. Spectropolarimetry shows this object to be a composite system with optical emission from both a polarized, variable synchrotron power-law and unpolarized light from a stable blue continuum source (+broad emission-line region) contributing to the observed spectrum. Spectrophotometry over a period of about two years does not detect significant variability in the strong, broad emission lines, despite large optical continuum variations. This suggests that the relativistic jet has little influence on the output of the broad emission-line region, possibly either because the highly beamed continuum ionizes only a small portion of the line-emitting gas, or the observed non-thermal continuum originates parsecs downstream from the base of the jet, further away from the central engine than the broad emission-line region.

研究の動機と目的

• フェルミミッション中の PKS 1222+216 の光学的挙動を理解すること、特に光学とγ線の増光に相関がない理由を特定すること。
• 光学放射の起源と性質を特定すること、特に相対論的ジェットと降着駆動クェザー成分の役割を解明すること。
• 線幅領域の非熱的放射とジェットの物理的関連性を調査すること。これは、強力な連続スペクトル変動にもかかわらず、線幅が変化しないという事実を踏まえて行う。
• 光学スペクトルエネルギー分布と偏光をモデル化し、ジェットと下部にあるクェザーからの寄与を分離すること。
• 特に最近の TeV 放射の検出を踏まえて、γ線が明るいブラザールのジェット形成と放射メカニズムに与える影響を評価すること。

提案手法

• スチュワード天文台の 2.3 m Bok および 1.54 m Kuiper テレスコープを用いて、PKS 1222+216 の長期にわたる分光偏光および分光光度測定を実施した。
• 約2年間にわたる観測期間中に、光学的フラックス、偏光度 (P)、位置角 (θ) を測定し、同時にフェルミ/LAT からのγ線データを取得した。
• 2成分モデルを適用：可変で偏光したパワーロー法則シンクロトロン成分（P₀ ~ 15%）と、安定で非偏光のクェザー様連続スペクトル（広帯域のMgIIおよびバルマー線を有する）である。
• 観測された偏光を、非偏光フラックスを差し引くことで真の偏光度 (P₀) を推定した。P₀ は最大で約20%に達した。
• スペクトルフィッティングを用いて、波長依存の偏光およびフラックスの変化をモデル化し、短波長域でのPの低下は青い非偏光クェザー成分による希釈によるものであることを示した。
• 光学の明るさ、色、偏光の相関関係を分析し、ジェットの物理的幾何構造と放射位置を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 他のγ線が明るいブラザールとは異なり、PKS 1222+216 では光学とγ線の増光に相関が認められないのはなぜか？
• RQ2 光学的偏光の起源は何か？ また、これはジェットの放射メカニズムとどのように関係しているか？
• RQ3 強力な光学連続スペクトルの変動にもかかわらず、PKS 1222+216 の広帯域線幅がなぜ一定のまま保たれているのか？
• RQ4 ジェット内の非熱的放射は、広帯域線幅領域や中心エンジンからどの程度下流に発生しているのか？
• RQ5 2成分モデル（ジェット＋クェザー）は、観測された光学スペクトルおよび偏光の相関を説明できるか？

主な発見

• PKS 1222+216 の光学スペクトルは、可変で偏光したシンクロトロンパワーロー法則（α ~ -1.3）と、強力な広帯域MgIIおよびバルマー線を有する安定で非偏光のクェザー様成分の重畳によって最もよく説明される。
• ジェット成分の真の偏光度（P₀）は約15%であり、最大で約20%に達する。これはジェット内での磁場の強い整列を示唆している。
• 光学連続スペクトルの変動が最大で約2倍に達しても、HβおよびHγの線幅のフラックスは約2年間にわたり一定であり、等価幅は連続スペクトルの明るさと逆に変化した。
• 偏光度（P）は、青い非偏光クェザー成分による希釈のため、短波長域に向かって低下する。この成分の見かけのVマグニチュードは約16.2である。
• γ線フラックスと光学フラックス、偏光度、偏光位置角との間に有意な相関は認められず、12時間以内の同時観測でも同様であった。
• 線幅の変動がないことから、ジェットのビーム状連続スペクトルが広帯域線幅領域のガスのわずかにしかイオン化していないか、または中心エンジンから数パーセク下流、広帯域線幅領域の外側で非熱的放射が生成されていると考えられる。