[論文レビュー] III Zw 2, the first superluminal jet in a Seyfert galaxy

A. Brunthaler, H. Falcke+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2000

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、複数エポックのVLAおよびVLBA観測を用いて、セーファート銀河III Zw 2で初めて超光速運動を検出した。ジェットの見かけの拡張速度は1.25 ± 0.09 cであり、らせん状のハローを持つ電波中程度クェーサーにおける相対論的流出を確認し、統一模型および電波弱AGNに相対論的ジェットが存在することを支持する。

ABSTRACT

So far all relativistically boosted jets with superluminal motion have only been detected in typical radio galaxies with early type host galaxies. We have now discovered superluminal motion in the Seyfert I galaxy III Zw 2, classified as a spiral. Superluminal motion was first inferred from the spectral evolution of the source and then confirmed by VLBI observations. The lower limit for the apparent expansion speed is 1.25 +/- 0.09 c. The fact that the spectral and spatial evolution are closely linked demonstrates that we are dealing with real physical expansion. Prior to this rapid expansion we have seen a period of virtually no expansion with an expansion speed less than 0.04 c. Since III Zw 2 is also part of a sample of so called radio-intermediate quasars (RIQ), it confirms earlier predictions of superluminal motion for this source, based on the argument that RIQs could be relativistically boosted jets in radio-weak quasars and Seyfert galaxies.

研究の動機と目的

• 電波強クェーサーや電波銀河でのみ観測されてきた超光速運動が、らせん状ハローを持つセーファート銀河にも見られるかどうかを調査すること。
• スペクトル的および構造的進化に基づいて、電波中程度クェーサー（RIQs）が相対論的ビーム効果を受ける電波弱AGNであるという仮説を検証すること。
• 相対論的ジェットが電波弱またはセーファート型AGNに存在しうることを特定し、従来の電波強・電波弱クェーサーの二分法的区分を問い直すこと。
• ジェット運動学および放射メカニズムの文脈において、スペクトル的進化（ピーク周波数のシフト）と構造的拡張の関係を検討すること。

提案手法

• III Zw 2における電波爆発期のスペクトル的進化をモニタリングするため、1.4 GHzから43 GHzまでの複数エポックの非常に大型電波望遠鏡（VLA）観測を実施した。
• サブミリアーセンド角構造を解像し、見かけのジェット拡張速度を測定するために、43 GHzでの非常に長基線配列（VLBA）観測を用いた。
• 動的範囲および位相安定性を向上させるために、天体画像処理システム（AIPS）を用いた自己校正と画像化を実施した。
• 43 GHzにおけるクロージャー位相および振幅のモデルフィッティングにより、成分間隔を特定し、拡張速度を推定した。
• スペクトルピーク周波数の進化を追跡することで、光学厚さおよび自己吸収の変化を推定し、構造的変化と関連づけた。
• 時間経過に伴う成分間の角度分離の変化から見かけの拡張速度を計算し、データの一貫性および系誤差をもとに誤差を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 らせん状ハローを持つセーファート銀河で超光速運動が検出可能かどうかを検証し、このようなジェットが初期型・電波強銀河に特有であるという仮定を覆すものか？
• RQ2 III Zw 2で観測されたスペクトル的進化は物理的ジェット拡張に起因するものか、それとも運動なしに光学厚さが変化するような他のメカニズムで説明可能か？
• RQ3 III Zw 2における超光速運動の検出は、電波中程度クェーサーが相対論的ビーム効果を受ける電波弱AGNであるという仮説を支持するか？
• RQ4 0.04 cから1.25 cに至る遅い拡張から速い拡張への遷移は、ジェットが周囲の媒体と相互作用する様子やその発生メカニズムに何を示唆するか？
• RQ5 初期段階で検出可能な拡張が認められず、その後急激に加速する現象は、高密度環境からのジェットの脱出または準静的構成要素との相互作用によって説明可能か？

主な発見

• III Zw 2のジェットの見かけの拡張速度は1.25 ± 0.09 cであり、セーファート銀河における超光速運動の直接的証拠として初めて得られた。
• スペクトルピーク周波数が数か月のうちに43 GHzから15 GHzに低下し、急速な構造的変化と一致しており、物理的拡張が確認された。
• 初期段階での検出不能な拡張（≤0.04 c）は、ゆっくりとした、おそらく自己吸収された段階である可能性を示し、ギガヘルツピークスペクトル（GPS）源に類似している可能性がある。
• ジェットの最大許容傾き角は41°であり、小角度から中程度の角度で見られたセーファートI型銀河の統一模型と整合的である。
• スペクトル的および空間的進化の密接な相関は、観測された拡張が校正や画像化のアーチファクトではなく物理的現象であることを確認した。
• この検出結果は、電波中程度クェーサーが相対論的ビーム効果を受ける電波弱AGNであるという仮説を支持し、電波強・電波弱クェーサーの区別を曖昧にしている。