[論文レビュー] The Variability of Polarized Radiation from Sgr A*

F. Yusef‐Zadeh, M. Wardle+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2007

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、電波波長帯におけるSgr A*の可変な線形偏光の初回検出を報告する。43 GHzでは0.77% ± 0.01%、22 GHzでは0.2% ± 0.01%の測定値を得た。フレア発生時の周波数依存性を持つ回転測定値（RM ≈ -2.5 × 10³ rad m⁻²）および偏光方位角の変動は、同期放射発光ブロブの拡張モデルを支持するが、これはADAFモデルにおける降着レート推定にRMを用いることの妥当性を疑問視する。

ABSTRACT

Sgr A* is variable at radio and submillimeter wavelengths on hourly time scales showing time delays between the peaks of flare emission as well as linearly polarized emission at millimeter and sub-mm wavelengths. To determine the polarization characteristics of this variable source at radio frequencies, we present VLA observations of Sgr A* and report the detection of polarized emission at a level of 0.77\pm0.01% and 0.2\pm0.01% at 43 and 22 GHz, respectively. The change in the time averaged polarization angle between 22 and 43 GHz corresponds to a RM of -2.5\pm0.6 x10^3 rad m{-2} with no phase wrapping (or \sim 5x10^4 rad m^2 with 2πphase wrap). We also note a rise and fall time scale of 1.5 -- 2 hours in the total polarized intensity. The light curves of the degree of linearly polarized emission suggests a a correlation with the variability of the total intensity at 43 GHz. The available polarization data at radio and sub-mm wavelengths suggest that the rotation measure decreases with decreasing frequency. This frequency dependence, and observed changes in polarization angle during flare events, may be caused by the reduction in rotation measure associated with the expansion of synchrotron-emitting blobs.

研究の動機と目的

• Sgr A*の電波周波数帯における偏光特性を調査し、そのフレア活動の物理的起源を理解すること。
• 観測された偏光変動がフレア放射と関連しているかどうかを特定し、降着モデルへの影響を評価すること。
• 回転測定値（RM）の変動が、定常状態の降着流ではなく拡張するプラズマブロブによって説明可能かどうかを検証すること。
• サブミリ波、ミリ波、近赤外帯の偏光測定値と電波帯観測結果との間にある矛盾を解消すること。

提案手法

• Sgr A*とキャリブレーターの間で高速切り替えを用いたVLA Aアレイ観測（43 GHzおよび22 GHz）。校正誤差を最小限に抑えるため。
• 位相および振幅切り替えを用いた偏光校正。30秒間の源指向観測と90秒間のキャリブレーター指向観測を繰り返し、43 GHz帯では感度を合わせるために1.6倍の積分時間を利用。
• 周波数依存性による偏光方位角の変化を用いて回転測定値（RM）を測定。線形RMモデルを仮定。
• 磁場、相対論的電子、熱いプラズマのエネルギー等分配を仮定した、拡張する同期放射発光ブロブの理論的モデル化。
• 有効RMを半径および光学厚さの関数として推定。RRM ∝ nₑB R を用い、RRM₀は電子エネルギースペクトルおよび放射束制約から導出。
• 観測されたRMの傾向を、拡張ブロブモデルと軌道を回るホットスポットモデルの予測と比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 43 GHzおよび22 GHz帯におけるSgr A*の線形偏光度とその変動性は何か。また、全強度フレアとどのように相関するか。
• RQ2 22 GHzから43 GHzにかけてSgr A*の回転測定値（RM）はどのように変化するか。これにより発光プラズマの性質に何が示唆されるか。
• RQ3 フレア発生時の偏光方位角の変動は、降着流内の軌道運動ではなく、同期放射発光ブロブの拡張によって説明可能か。
• RQ4 RMの周波数依存性は、Sgr A*フレアの説明に拡張ブロブモデルを、軌道ホットスポットモデルよりも支持するか。
• RQ5 RMを用いてSgr A*の質量降着レートを推定できるか。それとも、フレアプラズマの力学的性質によって制限を受けるか。

主な発見

• 43 GHz帯で0.77% ± 0.01%、22 GHz帯で0.2% ± 0.01%の偏光放射が検出され、電波波長帯における可変線形偏光の確認がなされた。
• 22 GHzから43 GHzへの有効回転測定値（RM）は-2.5 × 10³ rad m⁻²であり、位相の巻き込みは認められず、顕著な周波数依存性を示している。
• 偏光強度の上昇・下降時間スケールは1.5〜2時間であり、全強度フレアのスケールと整合的である。
• 43 GHz帯における線形偏光度と全強度の相関関係は、両者の変動が共通の起源を持つことを示唆している。
• 観測されたRMの周波数低下およびフレア時の偏光方位角の変動は、定常的降着ではなく、同期放射発光ブロブの拡張によって最もよく説明できる。
• 測定されたRMは降着流のRMに対する上限値を示しており、ADAFモデルにおける標準的なRMベースの降着レート推定は、フレア活動には適用できないことが示唆された。