[論文レビュー] The radio delay of the exceptional 3C 454.3 outburst. Follow-up WEBT observations in 2005-2006

M. Villata, C. M. Raiteri+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 17被引用数 53

ひとこと要約

本稿は、全地球ブルラーザー・ブラークレーター（WEBT）による多波長モニタリングを用いて、2005年の異常な増光を示したブラークレーター3C 454.3における電波遅れを調査している。著者らは、高周波数電波増光（2006年初頭にピークを迎える）が初期の光学的増光とは関連しないが、2005年10月から11月にかけての小さな光学的フレアと相関しており、これは曲がったジェット構造に起因する幾何的ドップラー効果と、ジェット内部の不規則な乱流の両方の組み合わせによって駆動されていると提唱している。

ABSTRACT

In spring 2005 the blazar 3C 454.3 was observed in an unprecedented bright state from the near-IR to the hard X-ray frequencies. A mm outburst peaked in June-July 2005, and it was followed by a flux increase at high radio frequencies. In this paper we report on multifrequency monitoring by the WEBT aimed at following the further evolution of the outburst in detail. In particular, we investigate the expected correlation and time delays between the optical and radio emissions in order to derive information on the variability mechanisms and jet structure. A comparison among the light curves at different frequencies is performed by means of visual inspection and discrete correlation function, and the results are interpreted with a simple model taking into account Doppler factor variations of geometric origin. The high-frequency radio light curves show a huge outburst starting during the dimming phase of the optical one and lasting more than 1 year. The first phase is characterized by a slow flux increase, while in early 2006 a major flare is observed. The lower-frequency radio light curves show a progressively delayed and fainter event, which disappears below 8 GHz. We suggest that the radio major peak is not physically connected with the spring 2005 optical one, but it is actually correlated with a minor optical flare observed in October-November 2005. This interpretation involves both an intrinsic and a geometric mechanism. The former is represented by disturbances travelling down the emitting jet, the latter being due to the curved-jet motion, with the consequent differential changes of viewing angles of the different emitting regions.

研究の動機と目的

• 2005年の極端な増光における光学的・電波的放射の相関関係と時間遅れを調査すること。
• 1年を超える期間にわたって続く高周波数電波増光の背後にある物理的メカニズムを理解すること。
• 電波ピークが初期の光学的増光と物理的に関連しているのか、それとも後続の小さな光学的フレアに関連しているのかを特定すること。
• ジェットの曲がりに起因するドップラー効果が、観測された光曲線の形をどのように決定しているかを評価すること。
• 多波長での増光の時間的進化をモデル化し、内部ジェットの力学的挙動と幾何的効果を分離すること。

提案手法

• 2004年6月から2006年8月にかけて、WEBTが収集した、光学（Rバンド）から高周波数電波（43–8 GHz）までの多波長光曲線を分析した。
• 時間的ずれと相関関係を比較するために、視覚的検査および離散相関関数（DCF）手法を適用した。
• 15日間のバッチ化された光曲線（43、37、22、14.5、8 GHzおよびRバンド）に対して、3次スプライン補間を実施し、時間的比較を可能にした。
• ジェットの曲がった構造が異なる視線角を生じさせ、発光領域ごとに時間遅れを伴うドップラー効果を引き起こす幾何的モデルを提唱した。
• 43 GHzのスプライン曲線と時間ずらし・スケーリングされたRバンド曲線の平均値を用いて、1 mm（230 GHz）の光曲線を予測するトロイモデルを用いた。この予測は、観測されたミリ波増光ピークと一致するように正規化された。
• VLBA 43 GHzマップ（2006年4月および8月）を組み合わせ、コア構造の特徴と新規成分の欠如を評価し、新規の噴出イベントがないことを裏付けた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3C 454.3における高周波数電波増光は、2005年春の主な光学的増光と物理的に関連しているか？
• RQ2 1年を超える期間にわたって続く電波増光（2006年初頭にピーク）の原因は何か？
• RQ3 観測された光学的・電波的フレア間の時間遅れは、曲がったジェットに起因する幾何的効果によって説明可能か？
• RQ4 電波と光学の変動の相関関係は、内部ジェットの不規則な乱流とドップラー効果を組み合わせたモデルを支持するか？
• RQ5 ミリ波と電波の光曲線は光学の光曲線とどのように比較されるか？ これは発光領域の幾何的構造に何を示唆するか？

主な発見

• 高周波数電波光曲線（43–37 GHz）は、光学的減光期中に増光を開始し、1年以上にわたって持続し、2006年初頭にピークを迎える。
• 電波増光の第一段階は緩やかな増加を示し、その後2006年初頭に急激なフレアを示しており、複雑で多成分の放射過程を示している。
• 低周波数電波光曲線（22、14.5、8 GHz）は、段階的に遅れ、弱まる傾向を示し、8 GHzの光曲線は検出限界以下に低下した。
• 主な電波ピークは2005年春の主な光学的増光とは相関していないが、2005年10月から11月にかけて観測された小さな光学的フレア（JD ~2453670）と関連している。
• 観測された電波遅れは、ジェット内部の不規則な乱流と、曲がったジェット構造に起因する幾何的ドップラー効果の両方の組み合わせによって説明できる。異なる領域が異なる角度から観測されている。
• 43 GHzのスプライン曲線と時間ずらし・スケーリングされたRバンド曲線の合成に基づく予測された1 mm（230 GHz）光曲線は、広がったハローを示し、観測されたミリ波増光と整合的であり、2005年中頃にピークを迎える。