[논문 리뷰] Continuing EVN monitoring of HST-1 in the jet of M87

Kazuhiro Hada, M. Giroletti외 10명|arXiv (Cornell University)|2015. 04. 08.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 M87의 제트에서 HST-1에 대한 지속적인 EVN 모니터링을 1.7 GHz에서 수행하며, 5 GHz에서의 빛의 감쇠로 인해 전환함을 보여준다. 새로운 초광속 성분(comp4)이 상流 쪽 가장자리에 나타나고, 약 ~10c의 상대속도를 가지며 복잡하고 비구형의 궤적을 보이며, 이는 나선형 운동과 가능성이 있는 자기장 영향을 시사한다.

ABSTRACT

The relativistic jet in M87 offers a unique opportunity for understanding the detailed jet structure and emission processes due to its proximity. In particular, the peculiar jet region HST-1 at ~1 arcsecond (or 80 pc, projected) from the nucleus has attracted a great deal of interest in the last decade because of its superluminal motion and broadband radio-to-X-ray outbursts, which may be further connected to the gamma-ray productions up to TeV energies. Over the last five years, we have been doing an intensive monitoring of HST-1 with EVN at 5GHz in order to examine the detailed structural evolution and its possible connection to high-energy activities. While this program already yielded interesting results in terms of the detailed mas-scale structure, proper motion measurements and structural variations, the recent HST-1 brightness is continuously decreasing at this frequency. To counter this, we have shifted our monitoring frequency to 1.7GHz from October 2013. This strategy successfully recovered the fainter emission that was missed in the last 5GHz session. Moreover, we again discovered the sudden emergence of a new component at the upstream edge of HST-1, demonstrating that the use of EVN 1.7GHz is indeed powerful to probe the current weak nature of HST-1. Here we report early results from the 1.7GHz monitoring as well as further progress on the long-term kinematic study.

연구 동기 및 목표

• M87의 상대론적 제트에서 HST-1 하위성분의 운동학적 진화를 조사하여 고에너지 γ선 폭발과의 연관성을 이해한다.
• 5 GHz에서의 빛의 감쇠를 극복하기 위해 감도를 유지하기 위해 1.7 GHz로 전환하여 약한 확산된 복사에 민감하게 반응한다.
• 장기적인 VLBI 모니터링을 통해 HST-1 내의 밀집된 성분의 3차원적 구조와 운동을 특성화한다.
• 굽은 궤적과 진동하는 속도가 나선형 제트 경로 또는 자기장 영향을 나타내는지 조사한다.
• HST-1 주변의 확장된 제트 구조를 평가하여 밝은 성분이 제트 횡단면의 일부에만 존재하는지 확인한다.

제안 방법

• 스펙트럼 기울기가 심해짐에 따라 5 GHz에서 전환된 1.7 GHz에서 유럽 VLBI 네트워크(EVN)를 사용하여 HST-1에 대한 장기적인 매우 긴 기지간섭계(VLBI) 모니터링을 수행한다.
• 1.7 GHz EVN 데이터와 암시적 1.7 GHz VLBA 데이터를 융합하여 고각해상도와 감도를 확보하여 구조적 및 운동학적 분석을 수행한다.
• 하위성분의 거리-시간 그래프에 최소 제곱 선형 피팅을 적용하여 상대적 운동량과 속도를 측정한다.
• 성분의 2차원 천구 평면 궤적을 분석하여 직선 운동에서의 이탈을 탐지하고 3차원 경로 기하학을 추론한다.
• eMERLIN를 사용한 깊은 EVN 1.7 GHz 관측을 통해 다이내믹 레인지 확보 및 HST-1 주변의 더 희미한 확산된 복사를 탐지한다.
• 운동학적 특징(예: 방향 변화, 속도 진동)을 역사적 VHE γ선 폭발(2008년, 2010년)과 상관시켜 인과관계가 있는지 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 관측된 초광속 운동과 굽은 궤적은 제트 내에서 3차원 나선형 경로를 나타내는가?
• RQ2 HST-1 성분의 운동학적 진동(속도 및 방향 변화)과 TeV γ선 폭발의 시기 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ3 HST-1 주변의 확장된 제트 구조는 내부 제트의 포물선형 콜리메이션 프로파일과 어떻게 비교되는가? 이는 제트의 횡단면 크기 측면에서 어떤 함의를 지닌다?
• RQ4 1.7 GHz EVN 관측은 이전에 간과되었던, HST-1의 전체 구조 이해에 필수적인 더 희미한 복사 특징을 해상도를 높여 식별할 수 있는가?
• RQ5 관측된 성분의 운동 및 궤적 변화는 HST-1에서의 재결합 충격 모델을 지지하는가?

주요 결과

• 1.7 GHz EVN 모니터링은 5 GHz에서 놓친 더 희미한 복사 영역을 회복하여, 낮은 주파수 관측이 약하고 기울어진 스펙트럼을 가진 성분에 유용함을 확인한다.
• HST-1의 상류 쪽 가장자리에 새로운 밀집된 성분(comp4)이 나타났으며, 잠정적인 상대속도는 ~10c(±5c)로 추정되어 빠른 방출을 시사한다.
• 장기간 지속된 성분인 comp1, comp2, comp3는 각각 4.5c, 4.5c, 5.1c의 상대속도로 초광속 운동을 보였다.
• comp1, comp2, comp3의 궤적은 직선이 아니며 부드럽게 굽어져 있으며, 제트 축에 수직인 방향으로 최대 약 ~1c의 횡방향 운동을 보였다.
• comp3는 명백한 전환점을 보였으며, 초기 방향각(PA) 약 310°에서 방출된 후 제트 축 쪽으로 굽어져, 복잡한 3차원 역학을 시사한다.
• 다년간의 스케일에서 상대속도 및 방향의 진동이 관측되었으며, 이는 나선형 운동 또는 자기장 조절을 나타낼 수 있다.