[논문 리뷰] The jet-disk symbiosis. II. Interpreting the Radio/UV correlations in quasars

H. Falcke, Matthew A. Malkan외 1명|arXiv (Cornell University)|1994. 11. 24.

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 활성은하핵에서 전파/자외선 휘도 상관관계를 조사하며, 원인으로 액cretion 디스크에 의해 구동되는 상대론적 제트가 전파 핵 방출과 자외선 휘도를 설명할 수 있음을 제안한다. 연구 결과, 전파 강한 활성은하핵은 제트 힘 Q_jet ≥ 1/3 × 디스크 휘도 L_disk 가 필요하며, 전자 주입 효율이 높아야 하며(예: 2차 쌍생성 등을 통한), 제트의 러너프 인자 γj ≈ 3–10 수준이어야 하며, 전파 약한 활성은하핵은 유사한 제트를 지닐 수 있으나 쌍생성 효과가 억제되어 있어 상대론적 비스듬함에 의한 통합 모델이 가능하다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

We investigate the correlation between the accretion disk (UV) luminosity and the radio core emission of a quasar sample. In a radio/$L_{\ m disk}$ plot we find the quasars to be separated into four classes: core dominated quasars (CDQ), lobe dominated quasars (LDQ), radio-intermediate quasars (RIQ) and radio weak quasars. In general the radio core emission scales with the disk luminosity, especially in the radio weak quasars. This shows that radio and UV emission have a common energy source and that the difference between radio loud and radio weak is established already on the parsec scale. We investigate the possibility that radio jets are responsible for the radio core emission in radio loud and radio weak quasars. Comparing our data with a simple jet emission model that takes the limits imposed by energy and mass conservation in a coupled jet-disk system into account, we find that radio loud jets carry a total power $Q_{\ m jet}$ that is at least 1/3 of the observed disk luminosity $L_{\ m disk}$. For the electron population one is forced to postulate an efficient process producing a large number of pairs and/or injecting electrons with a distribution with low-energy cut-off around 50 MeV -- secondary pair production in hadronic cascades could be such a process. The bulk Lorentz factor of the jet is limited to a narrow region ($3\\la\\gamma_{\ m j}\\la10$)). The radio emission of radio weak quasars can be explained with exactly the same parameters for a powerful relativistic jet if secondary pair production, as suggested for radio loud jets, is inhibited. There is evidence that RIQ are the relativistically boosted population of radio weak quasar jets. We can estimate the hidden disk luminosity of FR II galaxies and find that this is consistent with FRII being misdirected quasars.

연구 동기 및 목표

• 활성은하핵에서 관측된 전파 핵 휘도와 자외선 디스크 휘도 사이의 상관관계의 물리적 기원을 이해하기 위해.
• 모든 유형의 활성은하핵(전파 약한 소스 포함)에서 전파 방출을 담당하는 상대론적 제트가 존재하는지 확인하기 위해.
• 전파 강한/약한 이분화 현상이 내재된 제트 힘의 차이인지 아니면 관측 각도 효과인지 테스트하기 위해.
• 에너지 및 질량 보존 원리를 이용해 제트-디스크 시스템에서 제트의 파arameter(힘, 러너프 인자, 전자 주입 효율)를 제약 조건을 설정하기 위해.
• 전파 중간 및 전파 약한 활성은하핵이 표준 전파 약한 소스의 상대론적 비스듬함에 의한 형태일 수 있다는 가능성을 탐색하기 위해.

제안 방법

• 전파 휘도 대 디스크 휘도(L_disk)도 안에서 활성은하핵 샘플을 분석하여 핵 지배형(CDQ), 엣지 지배형(LDQ), 전파 중간형(RIQ), 전파 약한형(RWQ)으로 유형 분류하기.
• 에너지 및 질량 보존 원리를 적용한 제트 방출 모델을 사용하여 최소 제트 힘(Q_jet) 유도하기.
• 전자 분포에 대한 제약 조건을 이용해 주입 메커니즘을 추론하며, 히드론 캐스케이드에서 2차 쌍생성과 같은 과정을 선호함.
• 관측된 전파 핵 방출과 휘도 스케일링과의 일관성을 확보하기 위해 제트의 대체 러너프 인자(γj) 추정하기.
• 다양한 활성은하핵 유형 간의 제트 파arameter 비교를 통해 통합 시나리오 테스트하기, 특히 전파 중간형 및 전파 약한 활성은하핵 인구를 설명하는 데 있어 상대론적 비스듬함의 역할 분석하기.
• 활성은하핵 제트 파arameter를 외삽하여 FRII 전파 은하에서 숨겨진 디스크 휘도 추정하기, 통합 모델과의 일관성 테스트하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 활성은하핵에서 관측된 전파 핵 휘도와 자외선 디스크 휘도 사이의 상관관계의 물리적 기원은 무엇인가?
• RQ2 동일한 제트 모델이 전파 강한 및 전파 약한 활성은하핵을 모두 설명할 수 있는가, 아니면 다른 메커니즘이 필요한가?
• RQ3 관측된 전파 휘도를 재현하기 위해 필요한 최소 제트 힘과 전자 주입 효율은 무엇인가?
• RQ4 에너지 및 질량 보존 원리는 활성은하핵의 상대론적 제트의 대체 러너프 인자에 어떤 제약을 가하는가?
• RQ5 전파 약한/전파 강한 이분화 현상은 주로 내재된 제트 힘의 차이 때문인가, 아니면 관측 각도 효과 때문인가?

주요 결과

• 전파 핵 휘도는 디스크 휘도와 강하게 상관되며, 특히 전파 약한 활성은하핵에서 두드러지게 나타나 공동 에너지원을 시사한다.
• 전파 강한 활성은하핵은 제트 힘 Q_jet ≥ 1/3 × 관측된 디스크 휘도 L_disk 가 필요하며, 이는 디스크에서 제트로의 에너지 효율적 결합을 의미한다.
• 전파 강한 제트의 전자 분포는 2차 쌍생성과 같은 효율적인 주입 메커니즘(예: 히드론 캐스케이드 내에서)이 필요하며, 저에너지 절단점은 약 50 MeV 수준이다.
• 제트의 대체 러너프 인자는 3 ≤ γj ≤ 10 수준으로 제약되며, 상대론적 비스듬함 모델과 일관된다.
• 전파 약한 활성은하핵은 2차 쌍생성 효과가 억제된 경우, 전파 강한 활성은하핵과 동일한 제트 파arameter로 설명될 수 있어 통합 메커니즘을 시사한다.
• 전파 중간형 활성은하핵은 전파 약한 활성은하핵의 상대론적 비스듬함에 의한 인구와 일관되며, 통합 모델을 지지한다.
• FRII 전파 은하에서 추정된 숨겨진 디스크 휘도는 활성은하핵 통합 모델의 예측과 일치하며, FRII가 기울여진 방향의 활성은하핵임을 뒷받침한다.