[논문 리뷰] The proton blazar.

K. Mannheim|arXiv (Cornell University)|1993. 02. 22.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 118

한 줄 요약

이 논문은 평탄한 스펙트럼의 활성은하핵과 블라르티드의 밀집한 전파 제트에서 레이저 인자 10^9–10^11를 가진 초상대론적 양성자들이 페르미-디랙 분포를 따르며, π^± 및 쌍 생성 광학 반응을 통해 keV에서 TeV에 이르는 고에너지 광자를 생성하고, 그 후 자성장 내에서의 싱크로트론 캐스케이드 재처리를 겪는다고 제안한다. Blandford & Konigl (1979)의 제트 모델에 양성자를 포함시킴으로써, 기존의 전자 전용 복사 프레임워크를 확장하여 관측된 감마선 방출과 전파/X선 상관관계를 설명할 수 있다.

ABSTRACT

Recent gamma ray detections and the radio/X-ray correlation of extragalactic flat-spectrum radio sources make the existence of an ultra-relativistic proton population in jets very probable. The protons with maximum Lorentz factors in the range 10 9 -10 11 generate hard photons with energies from keV to TeV via pion and pair photoproduction and subsequent synchrotron cascade reprocessing. In this paper relativistic protons are considered in the context of the Blandford & Konigl (1979) model of compact radio jets which are assumed to be responsible for the nonthermal emission component of flat-spectrum quasars and BL Lacertids. The baryons are simply added to the electrons considered as the only radiative agent in the original work

연구 동기 및 목표

• 초상대론적 양성자가 블라르티드 제트에서 고에너지 방출을 주도하는 역할을 하는지 조사하기.
• 전자 외에 빛을 내는 입자로 양성자를 포함시켜 Blandford & Konigl (1979)의 밀집 전파 제트 모델을 확장하기.
• 최근의 감마선 탐지와 평탄한 스펙트럼의 전파-강한 활성은하핵 및 블라르티드에서 관측된 전파에서 X선으로의 상관관계를 설명하기.
• 상대론적 제트 환경에서 양성자 유도 광자 생성 메커니즘의 실현 가능성 평가하기.

제안 방법

• 초상대론적 양성자 집단을 포함시켜 Blandford & Konigl (1979)의 밀집 상대론적 제트 모델을 수정하기.
• 양성자 유도 과정을 통한 광자 생성 모델링: π^± 생성 광학 반응 (pp → π^± → γγ) 및 쌍 생성 광학 반응 (pγ → e^+e^− → γγ).
• 제트의 자기장 내에서 고에너지 광자의 싱크로트론 캐스케이드 재처리 과정 포함하기.
• 생성된 광자의 에너지 범위(keV에서 TeV)를 결정하기 위해 양성자의 레이저 인자를 10^9–10^11로 가정하기.
• 제트의 자기장과 전자 집단은 원래 모델과 일치한다고 가정하고, 주로 양성자 기여에 집중하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 블라르티드 제트 내 초상대론적 양성자가 TeV 에너지까지 감지 가능한 고에너지 광자를 생성할 수 있는가?
• RQ2 π^± 및 쌍 생성 광학 반응과 같은 양성자 유도 과정이 평탄한 스펙트럼의 활성은하핵 및 블라르티드에서 관측된 비열적 방출에 어떤 기여를 하는가?
• RQ3 양성자 유도 광자 캐스케이드가 은하간 평탄한 스펙트럼 전파원에서 관측된 전파에서 X선으로의 상관관계를 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ4 keV에서 TeV 에너지의 광자를 생성하기 위해 필요한 양성자 레이저 인자의 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 레이저 인자가 10^9에서 10^11 사이인 초상대론적 양성자는 π^± 및 쌍 생성 광학 반응을 통해 keV에서 TeV에 이르는 경직된 광자를 생성할 수 있다.
• 이 광자들은 제트의 자기장 내에서 싱크로트론 캐스케이드 재처리를 겪어 감지 가능한 비열적 복사 성분을 생성할 수 있다.
• Blandford & Konigl 모델에 양성자를 포함시킴으로써 평탄한 스펙트럼의 전파-강한 원천에서의 최근 감마선 탐지에 대한 타당한 설명이 가능해진다.
• 은하간 평탄한 스펙트럼 전파원에서 관측된 전파에서 X선으로의 상관관계는 상대론적 제트 내에서 양성자 기반 방출 메커니즘과 일치한다.