[論文レビュー] VSOP imaging of S5 0836+710: a close-up on plasma instabilities in the jet

A. P. Lobanov, T. P. Krichbaum+7 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、赤方偏移 z=2.17 の高赤方偏移クェザー S5 0836+710 の相対論的ジェットにおけるプラズマ不安定性を解明するために、5 GHz での VSOP（VLBI 宇宙観測計画）イメージングを実施した。曲がったジェット構造は、マッハ数 6 の流れにおけるケルビン＝ヘルムホルツ不安定性によって最もよく説明され、700h⁻¹ pc スケールまで観測された顕著な超光速運動と整合的である。

ABSTRACT

The luminous high-redshift (z=2.17) quasar S5 0836+710 has been observed at 5GHz with the VSOP. We compare the properties of three images obtained from the observation: a low-resolution ground array image (dynamic range 4600:1), a full-resolution VSOP image (900:1), and an image made with only the space baselines (200:1). The space baselines alone are sufficient for a reliable recovery of the source structure, within the limits of the achieved spatial sampling of the visibility data. The curved jet ridge line observed in the images can be described by Kelvin-Helmholtz instabilities developing in a relativistic outflow with the Mach number of about 6. This description holds on the scales of up to 700h^-1 pc, and is shown to be consistent with variable apparent speeds observed in the jet.

研究の動機と目的

• 高解像度 VLBI イメージングを用いて、高赤方偏移クェザー S5 0836+710 の曲がったジェット構造の起源を調査すること。
• 特にケルビン＝ヘルムホルツモードを含むプラズマ不安定性が、観測されたジェット構造と運動学をどのように説明できるかを特定すること。
• 宇宙ベースの基線のみが、銀河間天体の微細構造をどのように解像できるかを評価すること。
• 観測されたジェット形状と顕著な超光速速度を、マッハ数や流れ速度といった物理的パラメータと結びつけること。

提案手法

• VSOP衛星アレイと地上望遠鏡を併用した 5 GHz VLBI 観測を実施し、サブミリアーセコンド解像度を達成した。
• 3枚の画像を生成した：低解像度地上アレイ画像（ダイナミックレンジ 4600:1）、フル解像度 VSOP 画像（900:1）、宇宙のみの基線画像（200:1）。
• 宇宙基線からの可視性データのみを用いて源の構造を再構成し、高精度イメージングに於いてその信頼性を示した。
• ジェットの曲がったリッジラインを、マッハ数およそ 6 の相対論的流れにおけるケルビン＝ヘルムホルツ不安定性の兆候としてモデル化した。
• 観測されたジェット形状と顕著な速度を、ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性の成長率と不安定性発達に関する理論的予測と比較した。
• 不安定性モデルと、700h⁻¹ pc スケールまで測定されたジェット内の可変的顕著な速度との整合性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 S5 0836+710 の曲がったジェット構造は、相対論的流れにおけるケルビン＝ヘルムホルツ不安定性によって説明可能か？
• RQ2 ジェット流れのマッハ数は何か？ そして、観測された不安定性特徴とどのように関係しているか？
• RQ3 宇宙ベースの基線のみが、銀河間ジェットの微細構造をどの程度解像できるか？
• RQ4 観測された顕著なジェット速度の可変性は、ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性の成長と整合的か？
• RQ5 ケルビン＝ヘルムホルツ不安定性がジェット内で一貫して保たれる最大の空間スケールは何か？

主な発見

• 宇宙のみの基線画像（ダイナミックレンジ 200:1）は、源の構造を的確に回復した。これは、宇宙ベース VLBI が高解像度イメージングに信頼できる手段であることを示している。
• 曲がったジェットリッジラインは、マッハ数およそ 6 の相対論的流れにおけるケルビン＝ヘルムホルツ不安定性のモデルでよく説明できる。
• 不安定性モデルは、観測されたジェット形状を説明でき、ジェットに沿った可変的顕著な速度と整合的である。
• 不安定性駆動構造は、最大 700h⁻¹ pc の空間スケールにわたり一貫しており、これらのスケールで不安定性の持続的成長が生じていることを示している。
• フル解像度 VSOP 画像（ダイナミックレンジ 900:1）は、不安定性モデルに整合する微細構造を明らかにした。これは、ジェット内でのプラズマ乱流の解釈を支持する。
• 低解像度地上アレイ画像（ダイナミックレンジ 4600:1）は、信頼性の高い基準を提供するが、宇宙ベースのデータで観測された不安定性特徴を解像するには解像度が不足している。