[논문 리뷰] A VLBA survey of the core shift effect in AGN jets I. Evidence for dominating synchrotron opacity

K. V. Sokolovsky, Y. Y. Kovalev외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 03. 30.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 41인용 수 79

한 줄 요약

이 VLBA 20개 AGN 제트의 조사에서 모든 소스에서 주파수 의존성 핵 이동이 확인되었으며, 핵 위치가 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 로 이동함을 보여, 파섹 스케일 제트에서 동기방출 자기흡수를 주요 투과도 메커니즘으로 지지한다. 관측된 $ \nu^{-1} $ 스케일링은 원뿔형, 등분배 제트인 Blandford & Königl 모델과 일치하며, 물리적 경계가 매끄럽고, 자유-자유 흡수 또는 압력/밀도 기울기의 기여가 관측 주파수 범위(1.4–15.4 GHz)에서 유의미하지 않음을 시사한다.

ABSTRACT

The effect of a frequency dependent shift of the VLBI core position (known as the "core shift") was predicted more than three decades ago and has since been observed in a few sources, but often within a narrow frequency range. This effect has important astrophysical and astrometric applications. To achieve a broader understanding of the core shift effect and the physics behind it, we conducted a dedicated survey with NRAO's Very Long Baseline Array (VLBA). We used the VLBA to image 20 pre-selected sources simultaneously at nine frequencies in the 1.4-15.4 GHz range. The core position at each frequency was measured by referencing it to a bright, optically thin feature in the jet. A significant core shift has been successfully measured in each of the twenty sources observed. The median value of the core shift is found to be 1.21 mas if measured between 1.4 and 15.4 GHz, and 0.24 mas between 5.0 and 15.4 GHz. The core position, r, as a function of frequency, n, is found to be consistent with an r n^-1 law. This behavior is predicted by the Blandford & Koenigl model of a purely synchrotron self-absorbed conical jet in equipartition. No systematic deviation from unity of the power law index in the r(n) relation has been convincingly detected. We conclude that neither free-free absorption nor gradients in pressure and/or density in the jet itself and in the ambient medium surrounding the jet play a significant role in the sources observed within the 1.4-15.4 GHz frequency range. These results support the interpretation of the parsec-scale core as a continuous Blandford-Koenigl type jet with smooth gradients of physical properties along it.

연구 동기 및 목표

• AGN 제트에서 넓은 주파수 범위에 걸쳐 핵 이동 효과를 조사하여 주요 투과도 메커니즘을 규명한다.
• 관측된 핵 이동이 동기방출 자기흡수 제트에 의해 예측된 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 법칙을 따르는지 테스트한다.
• 자유-자유 흡수, 제트 압력/밀도 기울기, 환경 매체 영향이 핵 위치의 주파수 의존성에 미치는 영향을 평가한다.
• 고정밀 천체측량 및 기준점 정의에 대한 영향을 평가하며, 특히 향후 천체기반 광학 천체측량 임무에 초점을 맞춘다.
• 제트 기하학, 자기장, 운동 에너지 모델링을 위한 향후 연구를 위해 고정밀 데이터셋을 확립한다.

제안 방법

• 1.4 GHz에서 15.4 GHz 사이의 아홉 주파수에서 20개의 사전 선별된 AGN 제트에 대해 동시에 VLBA 관측을 수행하였다.
• 위상 기준 오차를 최소화하기 위해 뚜렷하고 광학적으로 얇은 제트 특징을 기준으로 각 주파수에서 핵 위치를 측정하였다.
• 핵 위치 $ r_c $ 를 주파수 $ \nu $ 의 기능으로 모델링하기 위해 거듭제곱 법칙 모델 $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ 를 사용하였으며, 순수한 동기방출 자기흡수의 경우 $ k=1 $ 이 기대된다.
• 직접 비교를 위해 그룹 지연을 사용하여 보정 없이 라디오 핵 위치와 광학 대응체를 비교할 가능성을 평가하였다.
• 소스 및 주파수 대역 간에 거듭제곱 법칙 지수 $ k $ 의 안정성을 분석하여 $ \nu^{-1} $ 법칙에서의 이탈 여부를 탐지하였다.
• 변동성과 핵 플레어가 핵 이동 측정에 미치는 영향을 연도 간 광도 비율 비교를 통해 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AGN 제트에서 핵 위치가 관측 주파수에 따라 체계적으로 이동하는가? 만약 그렇다면, 이러한 이동의 기능적 형태는 무엇인가?
• RQ2 관측된 핵 이동이 동기방출 자기흡수 제트에 의해 예측된 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 의존성과 일치하는가?
• RQ3 자유-자유 흡수 또는 제트 또는 환경 매체의 압력/밀도 기울기가 1.4–15.4 GHz 대역에서 핵 이동에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 고정밀 천체측량에서 보정 없이도 핵 이동을 이용해 라디오 핵 위치를 광학 대응체와 직접 연결할 수 있는가?
• RQ5 $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ 관계의 거듭제곱 법칙 지수 $ k $ 에서 체계적인 이탈이 있는가? 이는 추가적인 투과도 메커니즘을 시사하는가?

주요 결과

• 모든 20개의 관측된 AGN 제트에서 유의미한 핵 이동이 확인되었으며, 1.4 GHz와 15.4 GHz 사이의 중앙값 이동은 1.21 마이크로초각이다.
• 핵 위치 $ r_c $ 는 주파수의 함수로 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 를 따르며, 평균 거듭제곱 법칙 지수 $ k = 0.99 \pm 0.14 $ 를 보였으며, 순수한 동기방출 자기흡수와 일치한다.
• 기대되는 $ k = 1 $ 에 대한 유의미한 체계적 이탈은 발견되지 않아, 자유-자유 흡수 및 압력/밀도 기울기가 관측 주파수 범위 내에서 핵 이동에 유의미하게 기여하지 않는다는 것을 시사한다.
• 5.0 GHz와 15.4 GHz 사이의 중앙값 핵 이동은 0.24 마이크로초각이며, 이는 저주파수에서 효과가 더 크다는 것을 확인한다.
• 관측된 $ \nu^{-1} $ 스케일링은 파섹 스케일 핵이 매끄러운 물리적 기울기를 지닌 연속적인 Blandford-Königl 유형 제트로 해석될 수 있음을 지지한다.
• 강한 핵 중심 소스의 경우, ICRF2의 라디오 핵 위치를 보정 없이 광학 위치와 직접 비교할 수 있음을 시사하지만, 절대 천체측량에서는 기준원소 보정이 여전히 필요하다.