[論文レビュー] A VLBA survey of the core shift effect in AGN jets I. Evidence for dominating synchrotron opacity

K. V. Sokolovsky, Y. Y. Kovalev+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 41被引用数 79

ひとこと要約

このVLBA調査では、20個のAGNジェットにおける周波数依存性を持つコアシフトが全源で確認され、コア位置が $ r_c \propto \nu^{-1} $ と変化することが示された。これは、パーセクスケールジェットにおけるシンクロトロン自己吸収が支配的な光学厚さメカニズムであることを強く支持する。観測された $ \nu^{-1} $ スケーリングは、円すい形・等分配ジェットを想定したBlandford & Königlモデルと一致しており、滑らかな物理的勾配が存在することを示し、観測周波数範囲（1.4–15.4 GHz）内では自由自由吸収や圧力・密度勾配の寄与は顕著でないことを排除する。

ABSTRACT

The effect of a frequency dependent shift of the VLBI core position (known as the "core shift") was predicted more than three decades ago and has since been observed in a few sources, but often within a narrow frequency range. This effect has important astrophysical and astrometric applications. To achieve a broader understanding of the core shift effect and the physics behind it, we conducted a dedicated survey with NRAO's Very Long Baseline Array (VLBA). We used the VLBA to image 20 pre-selected sources simultaneously at nine frequencies in the 1.4-15.4 GHz range. The core position at each frequency was measured by referencing it to a bright, optically thin feature in the jet. A significant core shift has been successfully measured in each of the twenty sources observed. The median value of the core shift is found to be 1.21 mas if measured between 1.4 and 15.4 GHz, and 0.24 mas between 5.0 and 15.4 GHz. The core position, r, as a function of frequency, n, is found to be consistent with an r n^-1 law. This behavior is predicted by the Blandford & Koenigl model of a purely synchrotron self-absorbed conical jet in equipartition. No systematic deviation from unity of the power law index in the r(n) relation has been convincingly detected. We conclude that neither free-free absorption nor gradients in pressure and/or density in the jet itself and in the ambient medium surrounding the jet play a significant role in the sources observed within the 1.4-15.4 GHz frequency range. These results support the interpretation of the parsec-scale core as a continuous Blandford-Koenigl type jet with smooth gradients of physical properties along it.

研究の動機と目的

• AGNジェットにおける広帯域周波数範囲でのコアシフト効果を調査し、支配的な光学厚さメカニズムを特定すること。
• 観測されたコアシフトが、シンクロトロン自己吸収ジェットのBlandford & Königlモデルが予測する $ r_c \propto \nu^{-1} $ の法則に従うかどうかを検証すること。
• 自由自由吸収、ジェット内圧力・密度勾配、周囲媒体の影響が、コア位置の周波数依存性に及ぼす寄与を評価すること。
• 高精度天測定および将来の宇宙望遠鏡光学天測定ミッションにおける、天測定と基準フレーム定義に与える影響を評価すること。
• 将来的なジェット幾何学、磁場、運動エネルギーのモデリングのための高精度データセットを確立すること。

提案手法

• 20個の事前に選定されたAGNジェットに対して、1.4 GHzから15.4 GHzの間の9周波数で同時にVLBA観測を実施した。
• 位相基準誤差を最小限に抑えるために、明るく光学的透過性の高いジェット特徴点を基準としてコア位置を測定した。
• コア位置 $ r_c $ を周波数 $ \nu $ の関数として、べき乗則モデル $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ でフィットした。ここで $ k=1 $ は純粋なシンクロトロン自己吸収を示唆する。
• グループ遅延を用いて、補正なしに電波コア位置と光学的同等位置を直接比較可能かどうかを評価した。
• 全源および周波数帯域にわたるべき乗則指数 $ k $ の安定性を分析し、$ \nu^{-1} $ 法則からの逸脱を検出するための手がかりを得た。
• 光度比の時系列比較により、コアフレアや変動がコアシフト測定に与える影響を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 AGNジェットにおけるコア位置は、観測周波数に伴って系としてずれるか？ もしもそうであるなら、そのずれの関数的形は何か？
• RQ2 観測されたコアシフトは、シンクロトロン自己吸収ジェットのBlandford & Königlモデルが予測する $ r_c \propto \nu^{-1} $ 依存性と整合性があるか？
• RQ3 自由自由吸収やジェット内・周囲媒体の圧力・密度勾配が、1.4–15.4 GHz帯域におけるコアシフトにどの程度影響を及ぼすか？
• RQ4 高精度天測定において、コアシフト補正なしに電波コア位置を光学的同等位置と直接結びつけることができるか？
• RQ5 べき乗則指数 $ k $ に $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ 関係において、系としての逸脱が認められ、追加の光学厚さメカニズムの存在を示唆するか？

主な発見

• 観測された20個のAGNジェットすべてで顕著なコアシフトが検出され、1.4 GHzと15.4 GHzの間で中央値として1.21 masのシフトが観測された。
• コア位置 $ r_c $ と周波数の関係は $ r_c \propto \nu^{-1} $ に従い、平均べき乗則指数 $ k = 0.99 \pm 0.14 $ が得られ、純粋なシンクロトロン自己吸収と整合的であった。
• $ k = 1 $ からの明確な系としての逸脱は確認されず、自由自由吸収および圧力・密度勾配が観測周波数範囲内でコアシフトに顕著に寄与していないことが示された。
• 5.0 GHzと15.4 GHzの間の中央値コアシフトは0.24 masであり、低周波数帯域で効果が顕著であることを確認した。
• 観測された $ \nu^{-1} $ スケーリングは、パーセクスケールコアが滑らかな物理的勾配を持つ連続的Blandford-Königl型ジェットであるという解釈を支持する。
• 強いコア支配源では、ICRF2における電波コア位置をコアシフト補正なしに光学位置と直接比較可能であるが、絶対天測定では基準源補正が依然として必要であると考えられる。