[논문 리뷰] Does the unification of BL Lac and FR I radio galaxies require jet velocity structures?

M. Chiaberge, A. Celotti외 2명|arXiv (Cornell University)|2000. 03. 14.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 BL 블랙홀 물체와 FR I 전파은하의 통합이 그들의 상대론적 제트의 속도 구조를 필요로 하는지 조사한다. 전파 및 가시광선 대역에서의 핵 광도를 비교함으로써, 단일 영역 제트 모형은 관측된 광도를 설명하지 못하며, 오히려 빠른 스피나와 느린 상대론적 층으로 이루어진 이중성분 제트가 필요하다는 것을 밝혀낸다. 핵심 결과는 통합의 일관성을 확보하기 위해 내재된 SED 차이와 다양한 비밍 요인—특히 저광도 HBL에서의 낮은 전파 비밍—이 모두 필수적이라는 것이다.

ABSTRACT

We explore the viability of the unification of BL Lacs and FR I radio galaxies by comparing the core emission of radio galaxies with those of BL Lacs of similar extended radio power, taking advantage of the newly measured optical nuclear luminosity of FR I sources. The spectral properties of complete samples are also studied in the radio-optical luminosity plane: starting from the Spectral Energy Distribution (SED) of BL Lacs, we calculate the predicted luminosity of FR I nuclei in the frame of a simple one--zone model, by properly taking into account the relativistic transformations. We find that the bulk Lorentz factors required by the spread in the observed luminosities in all bands are significantly smaller than those implied by other, both observational and theoretical, considerations. This discrepancy is also reflected in the fact that FR I nuclei are over-luminous by a factor of 10-10^4, with respect to the predictions, both in the radio and in the optical band. In order to reconcile these results with the unification scheme, velocity structures in the jet are suggested, where a fast spine is surrounded by a slow (but still relativistic) layer so that the emission at different angles is dominated by different velocity components: the fast one dominates the emission in BL Lacs while the slow layer dominates the emission in misaligned objects. Furthermore for the lowest luminosity BL Lacs it has to be also postulated that their beaming factor in the radio band is lower than in the optical (and X-ray), as would result from deceleration of the jet. The self-consistency of the unification model therefore requires that both intrinsic differences in the SED and different beaming properties play a substantial role in characterizing the phenomenology of these sources.

연구 동기 및 목표

• 단일 영역 제트 모형에서의 상대론적 비밍이 BL 블랙홀 물체와 FR I 전파은하의 통합을 설명할 수 있는지 테스트하기 위해.
• 표준 비밍 모형의 예측과 비교할 때 FR I 은하의 관측 핵 광도와의 괴리 문제를 해결하기 위해.
• 빠른 스피나와 느린 층을 포함한 제트의 속도 구조가 관측된 광도와 통합을 조율하는 데 기여하는지 조사하기 위해.
• 특히 저광도 HBL에서 전파 비밍이 가시광선/엑스선 대역보다 약한 데서 비롯된 에너지에 따라 달라지는 비밍의 역할을 조사하기 위해.
• X선 및 다중파장 데이터(예: HST 및 Chandra 관측 포함)와의 일관성을 평가하여 통합 모형의 타당성을 검토하기 위해.

제안 방법

• 유사한 확장된 전파 전력을 가진 FR I 전파은하와 BL 블랙홀 물체의 핵 전파 및 가시광선 광도를 비교한다.
• 로렌츠 인자 Γ를 가진 단일 영역 상대론적 제트 모형을 사용하여 BL 블랙홀 물체의 SED에서 FR I 핵 광도를 예측하고, 상대론적 변환을 적용한다.
• 모형 예측을 관측 데이터와 비교하기 위해 Lr–Lo(전파–가시광선 광도 평면)를 분석한다.
• 빠른 스피나(Γ_spine ≈ 5–10)와 느린 층(Γ_layer ≈ 2)을 포함하는 이중성분 제트 모형을 도입하여 각도에 따라 발광이 지배되는 현상을 설명한다.
• 저광도 HBL에서 전파 비밍이 가시광선 및 X선 대역보다 낮다고 가정함으로써 에너지에 따라 달라지는 비밍을 고려한다.
• HST, VLA 및 Chandra 관측으로부터의 제약 조건을 포함하여 X선 데이터와 수의 계수를 테스트함으로써 모형의 일관성을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 표준 상대론적 비밍이 단일 영역 제트 모형에서 유도된 예측에 비해 FR I 은하의 관측 핵 광도를 설명할 수 있는가?
• RQ2 왜 FR I 핵은 BL 블랙홀 물체 SED 예측에 비해 전파 및 가시광선 대역에서 10–10^4 배 정도 과도하게 밝은가?
• RQ3 빠른 스피나와 느린 층을 포함하는 이중성분 제트 구조가 통합에서 광도 불일치를 해결하는가?
• RQ4 특히 저광도 HBL에서 전파 비밍이 약한 데서 비롯된 에너지에 따라 달라지는 비밍이 관측치와 통합을 조율하는 데 필수적인가?
• RQ5 X선 및 다중파장 제약 조건은 이중성분 제트 모형이 통합에 대해 타당한지에 영향을 미치는가?

주요 결과

• 단일 영역 제트 모형은 FR I 핵의 관측 광도를 설명하지 못하며, 다른 방법으로 유도된 것보다 훨씬 낮은 전체 로렌츠 인자 Γ가 필요하다.
• FR I 핵은 BL 블랙홀 물체 SED 예측에 비해 전파 및 가시광선 대역에서 각각 10–10^4 배 과도하게 밝다.
• 빠른 스피나(Γ ≈ 5–10)와 느린 층(Γ ≈ 2)을 포함하는 이중성분 제트 모형은 중간광도 BL 블랙홀 물체와 FR I 은하의 광도를 조율할 수 있다.
• 가장 저광도 HBL의 경우, 모형은 전파 비밍 요인이 가시광선 및 X선 대역보다 낮아야 하며, 이는 제트의 감속을 시사한다.
• 자기 일관된 통합 모형은 내재된 SED 차이와 에너지 대역에 따라 달라지는 비밍 특성의 두 가지 모두를 요구한다.
• 이중성분 모형이 X선 데이터, HST 관측 및 수의 계수와의 일관성을 보이며, 제트의 속도 구조 존재가 강력히 지지된다.