[論文レビュー] The proton blazar.

K. Mannheim|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 1993

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 118

ひとこと要約

本稿では、平坦スペクトルクェザーやBL Lacertidのコンパクトな電波ジェットに存在するローレンツ因子10^9–10^11の超相対論的陽子が、パイオンおよびペア光生成を経て、その後シンクロtronカスケード再処理を受けることにより、keVからTeVにわたる高エネルギー光子を生成すると提案している。ブランドフォード＆コニゲル（1979）のジェットモデルに陽子を組み込むことで、標準的な電子のみの放射フレームワークが拡張され、観測されたガンマ線放射および電波/X線相関を説明できるようになる。

ABSTRACT

Recent gamma ray detections and the radio/X-ray correlation of extragalactic flat-spectrum radio sources make the existence of an ultra-relativistic proton population in jets very probable. The protons with maximum Lorentz factors in the range 10 9 -10 11 generate hard photons with energies from keV to TeV via pion and pair photoproduction and subsequent synchrotron cascade reprocessing. In this paper relativistic protons are considered in the context of the Blandford & Konigl (1979) model of compact radio jets which are assumed to be responsible for the nonthermal emission component of flat-spectrum quasars and BL Lacertids. The baryons are simply added to the electrons considered as the only radiative agent in the original work

研究の動機と目的

• 超相対論的陽子がブレーザーのジェット内で高エネルギー放射を駆動する役割を調査すること。
• 電子に加えてバリオンを放射源として含めるように、コンパクトな電波ジェットのブランドフォード＆コニゲル（1979）モデルを拡張すること。
• 平坦スペクトル電波高出力クェザーやBL Lacertidにおける最近のガンマ線検出および観測された電波からX線への相関を説明すること。
• 相対論的ジェット環境における陽子誘発光子生成メカニズムの実現可能性を評価すること。

提案手法

• 超相対論的陽子の集団を組み込んだ、ブランドフォード＆コニゲル（1979）のコンパクトで相対論的ジェットモデルを適応すること。
• 陽子誘発プロセスによる光子生成をモデル化する：パイオン光生成（pp → π^± → γγ）およびペア光生成（pγ → e^+e^− → γγ）。
• ジェットの磁場内での高エネルギー光子のシンクロtronカスケード再処理を含めること。
• 生成された光子のエネルギー範囲（keVからTeV）を特定するために、陽子のローレンツ因子を10^9–10^11とすること。
• ジェットの磁場および電子集団は元のモデルと整合すると仮定し、主に陽子の寄与に焦点を当てる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブレーザーのジェット内に存在する超相対論的陽子は、TeVエネルギーに達する検出可能な高エネルギー光子を生成できるか？
• RQ2 パイオンおよびペア光生成といった陽子誘発プロセスは、平坦スペクトルクェザーやBL Lacertidにおける観測された非熱的放射にどのように寄与するか？
• RQ3 陽子駆動の光子カスケードは、はくちゅう銀河系の平坦スペクトル電波源における観測された電波からX線への相関をどの程度再現できるか？
• RQ4 keVからTeVエネルギーの光子を生成するには、どの範囲の陽子ローレンツ因子が必要か？

主な発見

• ローレンス因子10^9～10^11の超相対論的陽子は、パイオンおよびペア光生成を経て、keVからTeVにわたるエネルギー範囲の硬い光子を生成できる。
• これらの光子がジェットの磁場内でシンクロtronカスケード再処理を受けることで、検出可能な非熱的放射成分が生成される。
• ブランドフォード＆コニゲルモデルに陽子を組み込むことで、平坦スペクトル電波高出力源における最近のガンマ線検出を説明する妥当なメカニズムが得られる。
• はくちゅう銀河系の平坦スペクトル電波源における観測された電波からX線への相関は、相対論的ジェット内での陽子駆動放射メカニズムと整合的である。