[논문 리뷰] Increasing the Number of TeV Blazars with Parsec-Scale Kinematics

Vivian C. Tiet, B. G. Piner외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 10.

Particle physics theoretical and experimental studies인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 5–22 GHz에서의 다중 에포크 VLBA 관측을 통해 다섯 개인 테바론-방출성 고주파수 피크를 가진 BL Lac 객체(HBL)에서 파섹 규모 제트 운동을 측정하며, 기존 라디오 선택 블라자르보다 훨씬 느린 상대적 제트 속도(일般적으로 <2c)를 관측한다. 결과는 HBL의 파섹 규모 제트에서 약 2–3 수준의 중간 크기의 로렌츠 인자(Γ)를 지닌다는 것을 확인하며, 이는 제트의 내부 속도 구조(예: 가속된 핵심과 느린 외곽층)로 인한 로렌츠 인자 기울기의 존재를 시사한다. 이는 낮은 라디오 제트 속도와 테바론 방출 영역에서 추정되는 높은 로렌츠 인자 사이의 모순을 해결한다.

ABSTRACT

We report on our observations of the parsec-scale radio jet structures of five blazars that have been detected by ground-based TeV gamma-ray telescopes. These five blazars all belong to the class of high-frequency peaked BL Lac objects (HBLs), which are the most common blazar type detected at the TeV energy range. Because of their relative faintness in the radio, these HBLs are not well represented in other radio blazar surveys. Our observations consist of five epochs of Very Long Baseline Array (VLBA) imaging from 2006 to 2009, of each of the five blazars 1ES 1101-232, Markarian 180, 1ES 1218+304, PG 1553+113, and H 2356-309, at frequencies from 5 to 22 GHz. Fundamental jet properties, including the apparent jet speeds, that can be measured from these multi-epoch series of VLBA images are presented and compared with other gamma-ray blazars. Confirming prior work, we find that the TeV HBLs have significantly slower apparent jet speeds than radio-selected blazars. Together with other radio properties of the HBL class, this suggests modest Lorentz factors in their parsec-scale radio jets. This in turn suggests some form of Lorentz factor gradient in these jets, since they are likely to have high Lorentz factors in their TeV-emitting regions. The study presented here approximately doubles the number of TeV HBLs with multi-epoch parsec-scale kinematic measurements.

연구 동기 및 목표

• 기존 VLBI 설문 조사에서 미흡하게 다뤄진 라디오가 약한 테바론 HBL에서 파섹 규모 제트 운동을 측정하고자 한다.
• 테바론 HBL의 낮은 라디오 빛의 세기와 그들의 파섹 규모 제트에서의 느린 속도 및 낮은 로렌츠 인자 사이의 상관관계가 있는지 테스트하고자 한다.
• 더 강력한 라디오 선택 블라자르와의 운동학적 특성 비교를 통해 HBL 내 상대론적 제트의 물리적 구조를 조사하고자 한다.
• 관측된 제트 운동학이, 빠른 핵심과 느린 외곽층으로 이루어진 제트 모델과 같은 로렌츠 인자 기울기 모델을 지지하는지 평가하고자 한다.
• 테바론 HBL 중에서 다중 에포크 파섹 규모 운동학 측정을 가진 개체 수를 약 2배로 늘려 제트 물리학 연구의 통계적 힘을 강화하고자 한다.

제안 방법

• 2006–2009년 동안 5–22 GHz에서 다섯 번의 에포크 VLBA 이미징을 실시하여 다섯 개의 테바론 HBL(1ES 1101−232, Markarian 180, 1ES 1218+304, PG 1553+113, H 2356−309)을 대상으로 하였다.
• 고정밀 밀리아크초 해상도의 위치를 확보하기 위해 직접 프리징 피팅 및 위상 기반 참조(3개의 소스에 대해)를 사용하였다.
• AIPS에서 데이터를 보정하고 Difmap에서 이미징을 수행하였으며, 가우시안 성분을 사용한 모델 피팅을 통해 보다 해상도가 높은 비율의 해상도를 확보하였다.
• 성분의 중심으로부터의 분리 거리와 시간의 선형 회귀를 통해 상대적 제트 속도를 측정하였으며, 오차 전파를 P07의 방법을 사용하였다.
• 우주론적 파rameter(H₀ = 71 km s⁻¹ Mpc⁻¹, Ωₘ = 0.27, ΩΛ = 0.73)를 사용하여 c 단위로 상대적 속도를 계산하였다.
• 통계적 차이를 평가하기 위해 라디오 기반 기준 프레임 이미지 데이터베이스에서 확보한 라디오 선택 블라자르 샘플과 결과를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 테바론 방출성 HBL은 라디오 선택 블라자르보다 유의미하게 느린 상대적 제트 속도를 보이는가?
• RQ2 측정된 제트 속도는 HBL의 파섹 규모 라디오 방출 영역에서의 로렌츠 인자에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 낮은 라디오 제트 속도와 높은 테바론 방출 영역에서의 로렌츠 인자 사이의 괴리로 인해, HBL에서 제트의 길이 방향 또는 횡방향으로 로렌츠 인자 기울기가 존재하는 증거가 있는가?
• RQ4 라디오가 약한 HBL의 운동학적 특성은 더 밝고 라디오 선택된 블라자르와 비교해 제트의 구조와 역학적으로 어떻게 다를까?
• RQ5 다중 에포크 VLBA 관측을 통해 마르카리안 421과 같은 근접한 천체에서 관측된 바와 같이, HBL에서 횡방향 제트 구조나 가장자리 밝기 현상을 해소할 수 있는가?

주요 결과

• 이 연구는 다중 에포크 파섹 규모 운동학 측정을 가진 테바론 HBL의 수를 약 2배로 늘려 총 11개의 소스로 증가시켰다.
• 새로운 다섯 개의 HBL에서의 상대적 제트 속도는 −4.32 ± 3.78c에서 0.81 ± 0.69c 사이이며, 모든 측정치가 2c 이하이며 2σ 유의수준을 초과하지 않았다.
• 연구한 11개의 테바론 HBL에서 가장 빠른 상대적 속도 분포는 라디오 선택 블라자르와 유의미하게 다르며(p > 99.99% 신뢰수준), 라디오 선택 블라자르는 일반적으로 몇 c의 속도를 보인다.
• 초광속 운동의 부재는 HBL의 파섹 규모 라디오 제트에서 Γ ≈ 2–3 수준의 중간 크기의 로렌츠 인자를 시사하며, 이는 테바론 변동성의 원인으로 요구되는 Γ ≈ 50과 대조된다.
• 관측된 운동학적 특성은 빠른 핵심과 느린 외곽층으로 이루어진 제트 모델이나 제트 길이에 따라 둔화되는 제트 모델과 일치한다.
• 근접한 HBL의 VLBI 이미지에서 횡방향 구조, 예를 들어 가장자리 밝기 현상이 관측되었으며, 이는 제트 플라즈마 내에서 속도 기울기가 존재함을 뒷받침한다.