[論文レビュー] The jet-disk symbiosis. I. Radio to X-ray emission models for quasars

H. Falcke, Peter L. Biermann|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 1994

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、質量およびエネルギー保存則を介してジェット出力と降着円盤の輝度を結びつけることで、クェーサーにおける電波〜X線放射を説明する統一的ジェット-円盤共生モデルを提案する。これはBlandford & Königlモデルの拡張であり、高効率な電波強クェーサーでは『最大ジェット』、つまり全等分配が成立する状態を必要とし、最小電子ローレンツ因子が100以上、または電子対生成が発生することを示唆している。これは観測されたスペクトルエネルギー分布およびジェットのエネルギー状態と整合的である。

ABSTRACT

Starting from the assumption that radio jets and accretion disks are symbiotic features present in radio loud and radio quiet quasars we scale the bulk power of radio jets with the accretion power by adding mass- and energy conservation of the whole jet-disk system to the standard Blandford \& Königl theory for compact radio cores. The model depends on only few parameters and can be constrained by observations. Thus we are able to show that radio and X-ray fluxes (SSC emission) of cores and lobes and typical dimensions of radio loud quasars are consistent with a jet being produced in the central engine. We present a synthetic broadband spectrum from radio to X-ray for a jet-disk system. The only way to explain the high efficiency of radio loud objects is to postulate that these objects consist of `maximal jets' with `total equipartition' where the magnetic energy flow of the jet is comparable to the kinetic jet power and the total jet power is a large fraction of the disk power. As the number of electrons is limited by the accretion flow, this is only possible when the minimum Lorentz factor of the electron distribution is $γ_{ m e,min}\ga100$ ($E\ga 50 { m MeV}$) or/and a large number of pairs are present. Such an electron/positron population would be a necessary consequence of hadronic interactions and may lead to some interesting effects in the low frequency self-absorbed spectrum. Emission from radio weak quasars can be explained with an initially identical jet. The difference between radio loud and radio weak could be due to a different efficiency in accelerating relativistic electrons on the sub-parsec scale. Finally we demonstrate that in order to appease the ravenous hunger of radio loud jets its production must be somehow linked to the dissipation process in the inner part of the disk.

研究の動機と目的

• ジェット-円盤系を共生的実体としてモデル化することで、電波強クェーサーと電波弱クェーサーの放射メカニズムを統一すること。
• 自己一貫性のあるジェット-円盤エネルギー予算を用いて、クェーサーの高い電波およびX線輝度を説明すること。
• 観測と整合的であるために、ジェット出力が円盤輝度の顕著な割合に達する条件を特定すること。
• 電子エネルギー分布および対生成が高効率ジェットを可能にするメカニズムが果たす役割を調査すること。
• 電子加速効率の観点から、電波強クェーサーと電波弱クェーサーの物理的差異を明確にすること。

提案手法

• ジェット-円盤系全体における質量およびエネルギー保存則を用いて、ジェットのバルク出力を降着円盤の輝度にスケーリングする。
• コンactな電波核を対象としたBlandford & Königlモデルを拡張し、ジェット-円盤共生および自己一貫性のあるエネルギー流れを含める。
• シンクロtron放射および逆コンプトン散乱（SSC）放射メカニズムを用いて、電波〜X線にわたる全バンドスペクトルエネルギー分布をモデル化する。
• 磁場エネルギーフラックスとジェットの運動エネルギー出力が同等である『全等分配』の概念を適用する。
• ジェット効率および対生成を制約するために、最小ローレンツ因子γ_e,min ≥ 100の電子エネルギー分布を用いる。
• モデル予測を、電波強クェーサーの観測されたコアおよびラーブの放射度およびサイズと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クェーサーにおける観測された電波〜X線放射は、単一のジェット-円盤共生モデルで説明可能か？
• RQ2 電波強クェーサーの輝度を説明するための高効率ジェットを実現するための条件は何か？
• RQ3 なぜ一部のクェーサーは電波強であり、他のものは電波弱なのか。この差異を決定づける要因は何か？
• RQ4 電子エネルギー分布および対生成は、低周波数電波スペクトルおよびジェットエネルギー状態にどのように影響を与えるか？
• RQ5 内側円盤でのエネルギー散逸が、相対論的ジェットを駆動する上で果たす役割は何か？

主な発見

• ジェット-円盤共生モデルは、広帯域にわたる周波数範囲でクェーサー核およびラーブの観測された電波およびX線放射度を成功裏に再現した。
• 電波強クェーサーにおける高効率ジェットは、磁場エネルギーフラックスと運動エネルギー出力が同等である『全等分配』を満たす『最大ジェット』である必要がある。
• モデルは、十分な放射出力を得るために、最小電子ローレンツ因子がγ_e,min ≥ 100（E ≥ 50 MeV）であるか、または顕著な電子-陽電子対の存在を要請する。
• 電波弱クェーサーは、同じ根本的なジェット-円盤系によって説明可能であり、その差異はサブパーセクスケールでの電子加速効率の低さに起因する。
• ジェット生成は、高パワーを維持するための内側降着円盤におけるエネルギー散逸プロセスと本質的に関連している必要がある。
• モデルは、ジェット内でのバリオン的相互作用が自然に対生成を引き起こし、低周波数自己吸収スペクトルに影響を与えると予測する。