[논문 리뷰] Giant Radio Sources in View of the Dynamical Evolution of FRII-type Population. I. The Observational Data, and Basic Physical Parameters of Sources Derived from the Analytical Model

J. Machalski, K. T. Chyży외 1명|arXiv (Cornell University)|2004. 11. 12.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 관측된 전파 빛기 덩어리와 크기를 바탕으로 거대 전파 소스(D > 1 Mpc)의 제트 힘(Q₀)과 중심 밀도(ρ₀)를 결정하기 위해 역학적 진화 모델을 사용한다. 소스 크기는 주로 연령에 의해 결정되며, 이어 제트 힘과 환경 밀도에 의해 영향을 받는다. 자가유사적 확장은 제트 힘이 최소에너지 수준을 넘어서야 가능하며, 큰, 오래된 소스에서 자가유사성의 이탈은 관측적으로 지지된다.

ABSTRACT

The time evolution of giant lobe-dominated radio galaxies (with projected linear size D>1 Mpc if H_{0}=50 km/s/Mpc and q_{0}=0.5 is analysed on the basis of dynamical evolution of the entire FRII-type population. Two basic physical parameters, namely the jet power Q_{0} and central density of the galaxy nucleus rho0 are derived for a sample of giants with synchrotron ages reliably determined, and compared with the relevant parameters in a comparison sample of normal-size sources consisting of 3C, B2, and other sources. Having the apparent radio luminosity P and linear size D of each sample source, Q_{0} and rho_{0} are obtained by fitting the dynamical model of Kaiser et al. (1997). We find that: (i) there is not a unique factor governing the source size; they are old sources with temperate jet power (Q_{0}) evolved in a relatively low-density environment (rho_{0}). The size is dependent, in order of decreasing partial correlation coefficients, on age; then on Q_{0}; next on rho_{0}. (ii) A self-similar expansion of the sources' cocoon seems to be feasible if the power supplied by the jets is a few orders of magnitude above the minimum-energy value. In other cases the expansion can only initially be self-similar; a departure from self-similarity for large and old sources is justified by observational data of giant sources. (iii) An apparent increase of the lowest internal pressure value observed within the largest sources' cocoon with redshift is obscured by the intrinsic dependence of their size on age and the age on redshift, which hinders us from making definite conclusions about a cosmological evolution of intergalactic medium (IGM) pressure.

연구 동기 및 목표

• 역학적 진화 모델을 사용해 거대 전파 소스의 물리적 매개변수(제트 힘 Q₀와 중심 밀도 ρ₀)를 결정하기 위해.
• 거대 소스 크기가 극도로 높은 제트 힘, 낮은 밀도 환경, 또는 특별히 오래된 연령 때문인지 조사하기 위해.
• 거대 전파 소스에서 자가유사적 확장의 타당성과 제트 힘이 최소에너지 값에 비해 어느 정도일 때 성립하는지 평가하기 위해.
• 적색편이와 내부 압력 간의 관측된 경향이 우주론적 간성매질(IGM) 진화를 반영하는지, 아니면 연령-적색편이 상관관계에 의해 편향되는지 평가하기 위해.
• 거대 소스와 일반 크기의 FRII 소스를 비교하여, 소스 크기 전역에서의 연속적인 진화를 검증하기 위해.

제안 방법

• 신뢰성 있게 측정된 동기광 연령을 가진 거대 전파 소스 샘플에 카이저 등(1997)의 역학 모델을 적합한다.
• 관측된 전파 빛기(전파 복사량 P)와 투영 선형 크기(D)를 사용해 모델 적합을 통해 제트 힘(Q₀)과 중심 밀도(ρ₀)를 유도한다.
• 소스 복사량, 크기, 부피를 계산하기 위해 우주론적 파rameter H₀ = 50 km s⁻¹ Mpc⁻¹ 및 q₀ = 0.5를 적용한다.
• 소스 크기와 연령, Q₀, ρ₀ 간의 부분적 상관관계를 분석하여 그 상대적 영향력을 순위 매긴다.
• 제트 힘에 기반한 모델 예측과 관측된 확장 행동을 비교함으로써 자가유사적 확장 가설을 평가한다.
• 연령-적색편이 상관관계를 고려한 채로, 내부 압력 경향을 적색편이와 함께 분석하여 간성매질(IGM)의 우주론적 진화 여부를 시험한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 거대 전파 소스의 크기 진화를 지배하는 물리적 매개변수(제트 힘 Q₀와 중심 밀도 ρ₀)는 무엇인가?
• RQ2 거대 전파 소스의 크기가 극도로 높은 제트 힘, 낮은 밀도 환경, 또는 특별히 오래된 연령 때문인가?
• RQ3 소스 코코넛의 자가유사적 확장이 성립하는 조건은 무엇이며, 큰, 오래된 소스에서 언제 붕괴되는가?
• RQ4 관측된 적색편이에 따른 내부 압력 경향이 우주론적 IGM 진화를 반영하는지, 아니면 연령-적색편이 상관관계에 의해 편향되는지 어느 정도인가?
• RQ5 거대 소스는 일반 크기의 FRII 소스가 단일 진화 틀 안에서 진화한 형태로 이해될 수 있는가?

주요 결과

• 소스 크기는 주로 연령에 의존하며, 제트 힘(Q₀)과 중심 밀도(ρ₀)는 영향력 순서에 따라 감소하는 부분 상관 계수를 보인다.
• 코코넛의 자가유사적 확장은 제트 힘이 최소에너지 값보다 몇 개의 주기수를 초과할 때만 가능하며, 그렇지 않으면 큰, 오래된 소스에서 자가유사성의 이탈이 필요하다.
• 가장 큰 소스에서 관측된 내부 압력의 증가는 우주론적 IGM 압력 진화의 증거가 아니며, 내재된 연령-적색편이 상관관계에 의해 지배된다.
• 거대 소스는 제트 힘이나 환경 밀도가 극단적이지 않으며, 중간 수준의 Q₀, 낮은 ρ₀, 그리고 매우 오래된 연령의 조합으로 인해 발생한다.
• 모델는 일반 크기에서 거대 소스로의 연속적인 진화 시퀀스를 지지하며, 별도의 진화 경로가 필요하지 않다.
• 고적색편이에서 저압 띠가 관측되지 않는다는 점은 우주론적 IGM 압력 진화를 배제하지 않으며, 이러한 소스는 여전히 탐지되지 않은 채로 남아 있다.