[논문 리뷰] Bendings of radio jets in BL Lacertae objects I: EVN and MERLIN observations

P. Cassaro, C. Stanghellini외 3명|ArXiv.org|2001. 11. 14.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 13인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 5 GHz에서 고해상도 EVN 및 MERLIN 관측을 통해 BL Lac 대상에서 비정렬된 라디오 제트의 기원을 조사한다. 나선형 제트는 90° 비정렬을 설명하기 위해 제안되었지만, 나선형 서명을 보인 소스는 오직 두 개 뿐이며, 약 90° 비정렬을 보인 한 소스는 나선형 특성에 대한 증거가 없었으며, 이는 나선형 제트만으로는 모든 비정렬을 설명할 수 없음을 시사한다. 대신 비공면성 굽힘 또는 다중 제트 성분이 필요할 수 있다.

ABSTRACT

Several blazars, and BL Lac objects in particular, show a misalignment between the jet orientation on parsec and kiloparsec scales. Some authors (i.e. Conway & Murphy, 1993) have attempted to explain this behaviour invoking helical jets for misalignment angles around 90$\degr$, showing how in this case there are interesting implications for the understanding of the medium into which the jet is expanding. By comparing sensitive VLA observations (Cassaro et al., 1999) with images available in the literature for the BL Lac objects from the 1-Jy Sample (Stickel et al., 1991), it is clear that there is a wide range of misalignments between the initial jet direction and the kpc-scale jet, when detected. We have carried out VLBI observations of these BL Lac objects, in order to investigate the spatial evolution of the radio jets from few tens to hundreds of mas, and to search for helical jets in this class of sources. We present here the first dataset obtained from EVN+MERLIN observations at 5 GHz for seven objects. From these observations we never have a clear detection of helical jets, we only have a possible signature of their presence in 2 objects. In only one of the sources with a misalignment angle around 90$\degr$ the presence of helical jets can be ruled out. This implies that it is not possible to invoke helical jets to explain the morphology of all the sources showing a misalignment of about 90$\degr$ between the parsec and the kiloparsec scale jets.

연구 동기 및 목표

• BL Lac 대상에서 파섹 규모와 킬로파섹 규모의 라디오 제트 간에 관측된 비정렬을 나선형 제트가 설명할 수 있는지 확인하기 위해.
• VLBI 기법을 사용하여 수십 밀리초보에서 수백 밀리초보에 이르는 규모에서 제트의 공간적 진화를 조사하기 위해.
• 예측된 제트 형태가 프리세션 또는 켈빈-헬름홀츠 불안정성에 의해 유도되는 나선형 제트 형태가 90° 근처의 비정렬 각도 분포에서 두 번째 피크를 설명할 수 있는지 시험하기 위해.
• 다른 액체 모델—예를 들어, 서로 다른 적축 디스크 영역에서 유래한 이중 제트 시스템—이 관측된 형태와 비정렬 분포를 더 잘 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 환경 매질 상호작용과 제트 콜리메이션의 역할이 관측된 제트 구조 형성에 어떻게 기여하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 유럽 VLBI 네트워크(EVN)와 MERLIN을 사용하여 1-Jy 샘플에 속한 일곱 개의 BL Lac 대상에 대해 5 GHz에서 고해상도 VLBI 관측을 수행하였다.
• EVN 및 MERLIN 데이터를 결합하여 밀리초보 이하의 해상도를 확보하여 수십 밀리초보에서 수백 밀리초보에 이르는 제트 구조의 영상화를 가능하게 하였다.
• 규모에 따라 제트 위치각의 변화를 분석하여 파섹 규모와 킬로파섹 규모 제트 방향 간의 비정렬 각도(ΔPA)를 정량화하였다.
• 곡률, 콜리메이션, 성분 정렬 등의 형태적 특징을 평가하여 잠재적인 나선형 구조를 식별하였다.
• 이론적 예측과 관측된 제트 형태를 비교하였으며, 이는 공진 주파수 모델(ω* ≈ 1.3c_ext/R)과 포화 행동을 포함한다.
• 특히 ΔPA ≈ 90°인 소스에서 관측된 구조가 비공면성 굽힘 또는 다중 제트 성분과 일관된지 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 나선형 제트 구조가 BL Lac 대상에서 파섹 규모와 킬로파섹 규모 제트 간 약 90° 비정렬 각도를 설명할 수 있는가?
• RQ2 큰 ΔPA를 보이는 소스에서 나선형 제트 형태에 대한 명확한 관측 증거가 있는가?
• RQ3 비정렬 각도 분포의 두 번째 피크(약 90°)가 나선형 제트 프리세션과 같은 단일 메커니즘으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 중간 규모(수십에서 수백 mas)에서의 제트 콜리메이션과 구조적 특징이 전체 제트 비정렬과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 다른 모델—예를 들어, 서로 다른 적축 디스크 영역에서 유래한 이중 제트 시스템 또는 비공면성 굽힘—이 관측 데이터와 더 잘 일치하는가?

주요 결과

• 관측한 일곱 개의 BL Lac 대상 중 어느 곳에서도 명확한 나선형 제트 구조의 검출가능성이 없었다.
• 오직 두 개의 소스(1147+245 및 2131−021)만이 잠재적인 나선형 제트에 부합하는 형태적 특징을 보였으며, 비정렬 각도는 각각 80°와 36°였다.
• 1803+784 소스에서는 강한 제트 콜리메이션 손실이 관측되어 나선형 형태가 아닌 충격 유도 굽힘이라고 추정된다.
• 비정렬 각도가 약 90°에 가까운 소스 중 하나(1803+784)는 나선형 구조에 대한 증거가 없었으며, 이는 나선형 제트 모델이 보편적인 설명으로서 성립하지 않음을 시사한다.
• 높은 비정렬 각도 소스들 사이에서 일관된 나선형 서명이 없음을 감안할 때, 나선형 제트만으로는 ΔPA 분포의 두 번째 피크를 설명할 수 없다는 결론이 내려진다.
• 특히 여러 고-ΔPA 소스에서 나선형 특징이 관측되지 않음에 비추어 볼 때, 비공면성 굽힘 또는 다중 제트 성분이 90° 비정렬 피크에 대한 더 타당한 설명으로 여겨진다.