[論文レビュー] The first IRAM/PdBI polarimetric millimeter survey of active galactic nuclei. II. Activity and properties of individual sources

Sascha Trippe, R. Neri+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 43被引用数 8

ひとこと要約

本研究は、IRAM/PdBI干渉計を用いて、6つの活動銀河核（AGN）に対して初めて高時間分解能・多周波数の電波偏光サーベイを実施し、時間分解能のあるフラックスおよび偏光の変動を分析することで、放射の幾何構造、磁場、衝撃波ダイナミクスを解明した。本研究では、AGNで測定された中で最高の回転測度（RM）が報告された——最大で4.2×10⁴ rad m⁻²——これは約10⁻⁴ Gの磁場を示しており、1418+546では斜め衝撃波構造の強力な証拠が得られ、偏光挙動は衝撃波モデルと整合的である。

ABSTRACT

We present an analysis of the linear polarization of six active galactic nuclei - 0415+379 (3C~111), 0507+179, 0528+134 (OG+134), 0954+658, 1418+546 (OQ+530), and 1637+574 (OS+562). Our targets were monitored from 2007 to 2011 in the observatory-frame frequency range 80-253 GHz, corresponding to a rest-frame frequency range 88-705 GHz. We find average degrees of polarization m_L ~ 2-7%; this indicates that the polarization signals are effectively averaged out by the emitter geometries. We see indication for fairly strong shocks and/or complex, variable emission region geometries in our sources, with compression factors <0.9 and/or changes in viewing angles by >10 deg. An analysis of correlations between source fluxes and polarization parameter points out special cases: the presence of (at least) two distinct emission regions with different levels of polarization (for 0415+379) as well as emission from a single, predominant component (for 0507+179 and 1418+546). Regarding the evolution of flux and polarization, we find good agreement between observations and the signal predicted by "oblique shock in jet" scenarios in one source (1418+546). We attempt to derive rotation measures for all sources, leading to actual measurements for two AGN and upper limits for three sources. We derive values of RM = -39,000 +/- 1,000 (stat) +/- 13,000 (sys) rad/m^2 and RM = 420,000 +/- 10,000 (stat) +/- 110,000 (sys) rad/m^2 for 1418+546 and 1637+574, respectively; these are the highest values reported to date for AGN. These values indicate magnetic field strengths of the order ~0.0001 G. For 0415+379, 0507+179, and 0954+658 we derive upper limits |RM| < 17,000 rad/m^2. From the relation |RM| ~ nu^a we find a = 1.9 +/- 0.3 for 1418+546, in good agreement with a = 2 as expected for a spherical or conical outflow.

研究の動機と目的

• 個々のAGNの時間領域における偏光特性を調査し、放射の幾何構造と磁場構造を理解すること。
• 偏光変動の物理的起源を特定すること。これには、衝撃波圧縮や観測方向の変化が含まれる。
• AGNの回転測度（RMs）を測定し、磁場強度と放射領域の幾何構造を推定すること。
• 時間分解偏光データを用いて、斜め衝撃波モデルとファラデー回転理論を検証すること。
• 変動するAGNにおけるフラックスと偏光の相関関係を用いて、複数の成分から成る放射領域を同定すること。

提案手法

• 2007年から2011年にかけて、6つのAGNに対してIRAMプラトー・ドゥ・ブール干渉計（PdBI）を用いて、多エポック・多周波数（80–253 GHz）の偏光観測を実施した。
• 時間経過に伴うフラックス、線形偏光度、偏光方位角を求めるために、ストークスI、Q、Uパラメータを測定した。
• 周波数依存の偏光方位角の変化から回転測度（RMs）を導出し、統計的および系貫的誤差を推定した。
• 関係式 |RM| ∝ ν^a を用いて放射領域の幾何構造を制約し、球状／円錐状の放出流の理論的期待値と比較した。
• フラックスおよび偏光の変動を、正規化標準偏差と相互相関手法を用いて分析し、衝撃波圧縮や観測方向の変化を推定した。
• フラックスと偏光パラメータの相関関係を用いて、単一成分と複数成分の放射領域を区別した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリ波帯におけるAGNで観測されたフラックスおよび偏光度の時間的変動の原因は何か？
• RQ2 衝撃波圧縮および観測方向の変化が、観測される偏光特性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 回転測度から推定されるAGNの放射領域における磁場強度と幾何構造は何か？
• RQ4 1418+546における偏光変動は、相対論的ジェット内の斜め衝撃波モデルの予測と一致するか？
• RQ5 0415+379のような源では、異なる偏光度を持つ空間的に分離した発光成分が存在するか？

主な発見

• 1637+574では、AGNで測定された中で最高の回転測度RM = (42 ± 1_stat ± 11_sys) × 10⁴ rad m⁻²が得られ、磁場強度は約10⁻⁴ Gであると示唆された。
• 1418+546では、RM = (−39 ± 1_stat ± 13_sys) × 10³ rad m⁻²が測定され、AGNで報告された中で最も高い値の一つであった。
• 1418+546における|RM| ∝ ν^aのべき乗指数a = 1.9 ± 0.3は、球状または円錐状の放出流の幾何構造と整合的である。
• 1418+546の偏光変動は、フラックスと偏光の変動が相関しており、偏光方位角が数十度のずれを示しており、斜め衝撃波モデルと整合的である。
• 0415+379では、フラックスと偏光度の強い反相関関係が観測され、異なる偏光度を持つ少なくとも2つの明確に分離した発光領域が存在することが示唆された。
• 0415+379、0507+179、0954+658のRMに対して、|RM| < 1.7 × 10⁴ rad m⁻²の上限が得られ、これらの源では弱いか、秩序のない磁場が存在している可能性が示唆された。