[논문 리뷰] Evidence of jet induced optical microvariability in radio-loud Narrow Line Seyfert 1 Galaxies

Vineet Ojha, Vivek Kumar Jha외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 06. 09.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 122인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 VLBA 자료를 사용하여 라디오 강한 협병선Seyfert 1은하계에서 쇄도하는 조각을 가진 경우와 없는 경우의 내일간 광학 변동성(INOV)을 처음으로 체계적으로 비교한다. 그 결과, 12%의 쇄도하는 은하계에서 INOV가 관측되었으며(99% 신뢰수준에서 ψ > 3%), 비쇄도하는 은하계에서는 어느 것도 관측되지 않았고, γ선 탐지된 쇄도하는 은하계는 34%의 INOV 작동주기(-duty cycle)를 보이며, 이는 고흡착률 NLSy1에서의 마이크로변동성은 쇄도의 존재뿐 아니라 상대론적 비스듬함(비스듬함 효과)이 주요 원인임을 시사한다.

ABSTRACT

To quantify the role of radio jets for Intra-Night Optical Variability (INOV) in Radio-Loud Narrow-Line Seyfert 1 (RLNLSy1) galaxies, we report the first systematic comparative INOV study of 23 RLNLSy1 galaxies, with 15 RLNLSy1s having confirmed detection of jets (jetted) and the remaining 8 RLNLSy1s having no detection of jets (non-jetted) based on their Very Long Baseline Array observations. We have monitored these two samples, respectively, in 37 and 16 sessions of a minimum 3-hour duration each. Based upon F$^{\eta}$-test at 99\% confidence level with a typical INOV amplitude ($\psi$) detection threshold of $>$ 3\%, we find the INOV duty cycles of 12\% for the sample of jetted RLNLSy1s, however, none of the sources showed INOV in the sample of non-jetted RLNLSy1s. Among the jetted RLNLSy1s, we find that the Duty Cycle (DC) for jetted $\gamma$-ray detected ($\gamma$-ray) RLNLSy1s is found to be 34\% in contrast to null INOV detection in the case of non-$\gamma$-ray RLNLSy1s. It suggests that instead of the mere presence of a jet, relativistic beaming plays a significant role for INOV in the case of low-luminous high accreting AGNs such as NLSy1s in which dilution of the AGN's non-thermal optical emission by the (much steadier) optical emission contributed by the nuclear accretion disc is quite likely. Our study of jetted $\gamma$-ray RLNLSy1s shows more frequent INOV detection for sources with higher apparent jet speed. Further, our results also suggest that among the NLSy1s, only jetted $\gamma$-ray RNLSy1 galaxies DC approaches blazar like DC.

연구 동기 및 목표

• 라디오 강한 협병선Seyfert 1은하계에서 상대론적 제트가 내일간 광학 변동성(INOV)을 유도하는 데 기여하는 정도를 정량화하는 것.
• 낮은 빛의 강도와 고흡착률 AGN에서 INOV가 발생하는 원인이 라디오 제트의 존재 자체인지, 아니면 도플러 부스팅 같은 상대론적 비스듬함 효과인지 테스트하는 것.
• 통계적으로 타당하고 편향이 없는 표본을 사용하여 쇄도하는 은하계와 비쇄도하는 은하계 간의 INOV 작동주기를 비교하는 것.
• γ선 탐지된 RLNLSy1에서의 명백한 제트 속도와 INOV 탐지 간의 상관관계를 조사하는 것.
• γ선 탐지된 RLNLSy1이 블라자르 유사한 INOV 특성을 보이는지 평가하는 것.

제안 방법

• 23개의 RLNLSy1 은하계에 대해 53회의 모니터링 세션(각각 3시간 이상)을 실시한 체계적 INOV 연구를 수행하였다.
• VLBA 관측 결과를 바탕으로 파섹 규모의 제트가 확인되거나 배제된 것을 근거로 은하계를 쇄도하는(15개) 및 비쇄도하는(8개)로 분류하였다.
• 변동성의 유의미한 정도를 검출하기 위해 99% 신뢰수준에서 Fη-검정을 적용하였으며, 진폭 유의미성의 기준은 ψ > 3%로 설정하였다.
• 각 표본에서 유의미한 변동성을 보이는 세션 비율을 계산하여 INOV 작동주기(DC)를 산정하였다.
• 쇄도하는 은하계에서 INOV 탐지 결과와 명백한 제트 속도, γ선 탐지 여부 간의 상관관계를 분석하였다.
• 단일 에포크 비르리얼 방법을 사용하여 블랙홀 질량을 추정하였으며, 쇄도하는 표본과 비쇄도하는 표본 간의 중앙값을 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 상대론적 제트의 존재가 RLNLSy1에서 INOV 발생 가능성을 유의미하게 증가시키는가?
• RQ2 RLNLSy1에서의 INOV는 제트 존재 자체 때문이 아니라, 도플러 부스팅 같은 상대론적 비스듬함 효과 때문인가?
• RQ3 γ선 탐지된 RLNLSy1—비스듬함 효과를 가진 제트를 지닌 것으로 알려진—은 비γ선 탐지된 은하계보다 더 높은 INOV 작동주기를 보이는가?
• RQ4 γ선 탐지된 쇄도하는 RLNLSy1에서 명백한 제트 속도와 INOV 탐지 간에 측정 가능한 상관관계가 있는가?
• RQ5 γ선 탐지된 RLNLSy1의 INOV 특성은 블라자르 유사 특성에 가까워지며, 제트 지배성을 시사하는가?

주요 결과

• 쇄도하는 RLNLSy1 표본의 INOV 작동주기는 12%이며, 99% 신뢰수준에서 ψ > 3%를 만족하는 세션에서 유의미한 변동성이 관측되었다.
• 비쇄도하는 RLNLSy1 8개 중 어느 것도 검출 가능한 INOV를 보이지 않아, 제트의 부재와 함께 마이크로변동성의 부재가 관련되어 있음을 시사한다.
• 쇄도하는 은하계 중 γ선 탐지된 RLNLSy1의 INOV 작동주기는 34%이며, 비γ선 탐지된 은하계는 0%이므로, 상대론적 비스듬함의 역할이 뚜렷하게 드러난다.
• 6개의 γ선 탐지된 쇄도하는 RLNLSy1에서 명백한 제트 속도와 INOV 탐지 간에 정적 상관관계가 발견되어, 비스듬함이 주요 원인임을 지지한다.
• γ선 탐지된 RLNLSy1에서의 INOV 작동주기 약 30%는 블라자르의 수준에 가까워지며, 이는 이러한 은하계가 밀도 높고 도플러 부스팅된 제트를 방출하고 있음을 시사한다.
• 쇄도하는 표본과 비쇄도하는 표본 간의 중앙값 블랙홀 질량에 유의미한 차이가 없었으며(log(MBH/M☉) = 7.72 vs. 7.42) 이는 질량 자체가 INOV를 결정짓지 않지만, 비스듬함 효과는 결정적임을 시사한다.