[논문 리뷰] The GHz-Peaked Spectrum radio galaxy 2021+614: Detection of slow motion in a compact symmetric object

W. Tschager, R. T. Schilizzi외 3명|arXiv (Cornell University)|2000. 07. 06.

Radio Astronomy Observations and Technology인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 5 GHz(VSOP) 및 15 GHz(지상 기반) 다중 에포크 VLBI 데이터를 분석하여 GHz-피크 스펙트럼 방사선은우 2021+614에서 초광속 운동을 탐지한다. 1987.9와 1997.8의 uv 데이터 세트를 비교함으로써 두 주요 성분 간의 투영 분리가 3.0% 증가함을 확인하여, 후퇴 속도가 $0.12 \pm 0.02\,h^{-1}c$이며, 운동학적 연령가 $440 \pm 80$ 년으로 도출되어, CSO가 FR I/II 소스로 진화하는 젊은 방사선원임을 지지한다.

ABSTRACT

We have analysed VSOP (VLBI Space Observatory Programme) data at 5 GHz and ground-based VLBI (Very Long Baseline Interferometry) data at 15 GHz for the GHz-Peaked Spectrum (GPS) radio galaxy 2021+614. Its morphology is consistent with it being a compact symmetric source extending over 30 h^-1 pc (H_0 = 100 h km s^-1 Mpc^-1, q_0 = 0.5). From a comparison with earlier observations we have detected an increase in the separation and a decrease in the size of the two most prominent components. We determine the projected speed with which these two components recede from each other to be 0.12+/-0.02 h^-1 c. Given the projected separation of the two components of 16.1 h^-1 pc, the infered kinematic age is 440+/-80 years, measured in the source reference frame. These results provide additional support for the contention that compact symmetric radio objects are young and the precursors of the classical FR I or FR II radio sources. The sizes of individual components appear to contract with time which is not consistent with the self-similar evolution model for peaked spectrum sources. In order to overcome problems related to the estimation of uncertainties for separation measurements between source components, we have developed and applied a method that compares two uv-data sets obtained at different epochs. This method parametrizes the most important structural change, the increase in separation between components, by rescaling the u and v axis of the amplitude interference pattern. It provides best-fit values for the parameters and uses a bootstrap method to estimate the errors in the parameters.

연구 동기 및 목표

• 고해상도 전파 간섭계를 사용하여 2021+614의 구조적 변화를 시간에 따라 연구하기.
• 소스 성분의 운동학적 연령와 투영 후퇴 속도를 결정하여 그 젊음과 진화 단계를 검증하기.
• 빔과 성분 크기 변화로 인한 체계적 오차를 최소화하면서 성분 이동을 탐지할 수 있는 새로운 uv-데이터 비교 방법을 개발하고 적용하기.
• 관측된 진화가 피크 스펙트럼 소스에 대한 자가유사 모델과 일관한지 평가하기.
• GPS 방사선은우에서 초광속 운동에 대한 직접적 증거를 제공하여, 젊은 방사선원으로서의 분류를 지지하기.

제안 방법

• 1987.9와 1997.8의 두 에포크에 걸쳐 2021+614에 대한 5 GHz VSOP 및 15 GHz 지상 기반 VLBI 데이터를 확보하였다.
• 성분 간 거리 변화를 매개변수화하기 위해 u 및 v 축을 스케일링하는 모델 기반 uv-데이터 비교 기법을 사용하였다.
• 스케일링된 모델을 가시성 데이터에 피팅하여 u-축 및 v-축 스트레칭에 대한 최적화 스케일 요소 $s_u$와 $s_v$ 및 진폭 보정 요소 $s_a$를 결정하였다.
• 1997.8 데이터 세트의 50% 랜덤 부분집합 100개를 생성하여 부트스트랩 재표본 추출 방법을 적용하여 $s_u$ 및 $s_v$의 오차를 추정하였다.
• 공식 $s = \left[(s_u-1)^2\sin^2\psi_1 + (s_v-1)^2\cos^2\psi_1\right]^{1/2}$를 사용하여 스케일 요소에서 투영 분리 증가를 계산하였으며, $\psi_1$는 성분 B의 위치각이다.
• 운동학적 연령 공식 $t = r / v_{\text{proj}}$를 사용하여, 투영 분리 $r = 16.1\,h^{-1}\text{pc}$ 및 속도 $v_{\text{proj}} = 0.12\,h^{-1}c$를 적용하여 소스 연령을 유도하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다중 에포크 VLBI 데이터를 사용하여 1987.9에서 1997.8 사이에 2021+614의 전파 형태 구조적 변화를 탐지할 수 있는가?
• RQ2 2021+614의 두 주요 성분의 투영 후퇴 속도는 얼마이며, 이는 젊은 운동학적 연령을 지지하는가?
• RQ3 관측된 진화는 압축 대칭체에 대한 자가유사 진화 모델과 일치하는가?
• RQ4 uv-데이터 비교 방법은 빔과 성분 크기 변화로 인한 오차를 최소화하면서 효과적으로 성분 이동을 탐지할 수 있는가?
• RQ5 측정된 성분 간 거리와 후퇴 속도를 바탕으로 2021+614의 유추된 운동학적 연령는 얼마인가?

주요 결과

• 1987.9에서 1997.8 사이에 2021+614의 두 주요 성분 간 투영 분리가 3.0% 증가하여 실제 운동이 있음을 시사한다.
• 성분의 투영 후퇴 속도는 $0.12 \pm 0.02\,h^{-1}c$로 유도되었으며, 이는 9.9년 간의 측정된 분리 증가에서 유래한다.
• 소스의 유추된 운동학적 연령는 $440 \pm 80$ 년으로, 소스의 고정 프레임에서 측정되었으며, 젊은 방사선원으로서의 분류를 지지한다.
• 시간이 지남에 따라 개별 성분 크기가 수축된다는 관측 결과는 피크 스펙트럼 소스에 대한 자가유사 진화 모델과 일치하지 않는다.
• 부트스트랩 방법을 통해 $s_u = 1.0443 \pm 0.0005$ 및 $s_v = 1.0212 \pm 0.0010$를 도출하여 측정된 구조적 변화의 높은 신뢰도를 확인하였다.
• 진폭 보정 요소 $s_a = 0.88$는 잔여 체계적 오프셋을 나타내며, 주로 두 에포크 간 성분 크기 및 형태의 차이로 인한 것으로 보이나, 운동 탐지에 영향을 주지 않는다.