[논문 리뷰] The first IRAM/PdBI polarimetric millimeter survey of active galactic nuclei. II. Activity and properties of individual sources

Sascha Trippe, R. Neri외 5명|arXiv (Cornell University)|2012. 02. 20.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 43인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 IRAM/PdBI 간섭계를 사용하여 6개의 활성은하핵(AGN)에 대한 처음으로 고주기·다주파수 편광 밀리미터 파장 조사 결과를 제시하며, 시간에 따라 변화하는 밀도 및 편광 변화를 분석하여 발광 기하학, 자기장 및 충격역학을 탐구한다. 연구에서는 AGN에서 측정된 바 있는 가장 높은 회전 측정치를 보고한다—최대 4.2×10⁴ rad m⁻²로, 이는 약 10⁻⁴ G 정도의 자기장을 시사하며, 1418+546에서 기울어진 충격 구조에 강력한 증거를 제시한다. 이 편광 행동은 충격 모델과 일치한다.

ABSTRACT

We present an analysis of the linear polarization of six active galactic nuclei - 0415+379 (3C~111), 0507+179, 0528+134 (OG+134), 0954+658, 1418+546 (OQ+530), and 1637+574 (OS+562). Our targets were monitored from 2007 to 2011 in the observatory-frame frequency range 80-253 GHz, corresponding to a rest-frame frequency range 88-705 GHz. We find average degrees of polarization m_L ~ 2-7%; this indicates that the polarization signals are effectively averaged out by the emitter geometries. We see indication for fairly strong shocks and/or complex, variable emission region geometries in our sources, with compression factors <0.9 and/or changes in viewing angles by >10 deg. An analysis of correlations between source fluxes and polarization parameter points out special cases: the presence of (at least) two distinct emission regions with different levels of polarization (for 0415+379) as well as emission from a single, predominant component (for 0507+179 and 1418+546). Regarding the evolution of flux and polarization, we find good agreement between observations and the signal predicted by "oblique shock in jet" scenarios in one source (1418+546). We attempt to derive rotation measures for all sources, leading to actual measurements for two AGN and upper limits for three sources. We derive values of RM = -39,000 +/- 1,000 (stat) +/- 13,000 (sys) rad/m^2 and RM = 420,000 +/- 10,000 (stat) +/- 110,000 (sys) rad/m^2 for 1418+546 and 1637+574, respectively; these are the highest values reported to date for AGN. These values indicate magnetic field strengths of the order ~0.0001 G. For 0415+379, 0507+179, and 0954+658 we derive upper limits |RM| < 17,000 rad/m^2. From the relation |RM| ~ nu^a we find a = 1.9 +/- 0.3 for 1418+546, in good agreement with a = 2 as expected for a spherical or conical outflow.

연구 동기 및 목표

• 개별 AGN의 시간 영역 편광 특성을 조사하여 발광 기하학과 자기장 구조를 이해한다.
• 편광 변화의 물리적 기원을 규명한다. 충격 압축 및 관측 각도 변화를 포함한다.
• AGN의 회전 측정치(RM)를 측정하고, 자기장 강도와 발광 영역 기하학을 유추한다.
• 다시진행된 편광 데이터를 바탕으로 기울어진 충격 모델과 파라데이 회전 이론 모델을 시험한다.
• 변동성이 있는 AGN에서 복합 발광 영역을 복합 성분 간의 복합 밀도-편광 상관관계를 통해 식별한다.

제안 방법

• 2007~2011년 동안 IRAM 플라토 드 부르 간섭계(PdBI)를 사용하여 6개의 AGN에 대해 다주기·다주파수(80–253 GHz) 편광 관측을 수행하였다.
• 스토크스 I, Q, U 매개변수를 측정하여 시간에 따른 밀도, 선형 편광도 및 편광 방향각을 유도하였다.
• 주파수 의존성에 따른 편광 방향각 변화를 기반으로 회전 측정치(RM)를 유도하였으며, 통계적 및 체계적 오차를 추정하였다.
• |RM| ∝ ν^a 관계를 사용하여 발광 기하학을 제약하였으며, 구형/콘형 확산 유형에 대한 이론적 기대치와 비교하였다.
• 밀도 및 편광 변화를 정규화된 표준편차 및 상관관계 기법을 사용하여 분석하여 충격 압축 및 관측 각도 변화를 추론하였다.
• 밀도와 편광 매개변수 간의 상관관계를 사용하여 단일 성분과 복합 성분 발광 영역을 구분하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀리미터 파장에서 AGN의 밀도 및 편광도의 관측된 시간 변화는 무엇에 의해 발생하는가?
• RQ2 충격 압축 및 관측 각도 변화는 관측된 편광 특성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 회전 측정치를 통해 유추된 AGN 발광 영역의 자기장 강도와 기하학은 어떠한가?
• RQ4 1418+546의 편광 변화는 상대론적 제트에서 기울어진 충격 모델의 예측과 일치하는가?
• RQ5 0415+379와 같은 소스에서 서로 다른 편광 수준을 가진 공간적으로 분리된 발광 성분이 존재하는가?

주요 결과

• 1637+574에 대해 관측된 AGN에서 측정된 바 있는 가장 높은 회전 측정치 RM = (42 ± 1_stat ± 11_sys) × 10⁴ rad m⁻²로, 약 10⁻⁴ G 정도의 자기장 강도를 시사한다.
• 1418+546에 대해 RM = (−39 ± 1_stat ± 13_sys) × 10³ rad m⁻²를 측정하였으며, 이 역시 AGN에서 보고된 바 있는 가장 높은 수준 중 하나이다.
• 1418+546에서 |RM| ∝ ν^a 의 거듭제곱 지수 a = 1.9 ± 0.3 이며, 이는 구형 또는 콘형 확산 기하학과 일치한다.
• 1418+546의 편광 변화는 밀도 변화와 상관관계가 있으며, 편광 방향각이 수십 도 수준으로 변화함으로써 기울어진 충격 모델과 일치한다.
• 0415+379의 경우 밀도와 편광도 간 강한 반비례 상관관계가 관측되어 최소한 두 개의 서로 다른 발광 영역이 있으며, 각각 다른 편광 수준을 가진 것으로 나타났다.
• 0415+379, 0507+179, 0954+658에 대해 |RM| < 1.7 × 10⁴ rad m⁻² 의 상한선을 도출하여, 이들 소스에서는 약하거나 질서가 없는 자기장이 존재할 가능성이 있음을 시사한다.