[論文レビュー] What can the 2008/10 broadband flare of PKS 1502+106 tell us? Nuclear opacity, magnetic fields, and the location of gamma rays

V. Karamanavis, L. Fuhrmann+8 more|arXiv (Cornell University)|Mar 14, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 35被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、2008/10 のブラークホール PKS 1502+106 の広帯域フレアを、2.64 から 226.5 GHz の周波数で観測された多周波数電波光曲線を用いて分析し、ガウス過程回帰と離散相互相関を用いて周波数依存の遅延を測定した。結果は、4.1 から 10.2 パーセクの間のジェット基部からのコア位置を持つショック駆動フレアを示し、磁場強度は 14 から 176 mG であり、γ線放射はジェット基部から 1.9 ± 1.1 パーセクの位置で発生している。これは、顕著なジェット加速を伴うショックインジェット状況を支持する。

ABSTRACT

Context. The origin of blazar variability, seen from radio up to gamma rays, is still a heavily debated matter and broadband flares offer a unique testbed towards a better understanding of these extreme objects. Such an energetic outburst was detected by Fermi/LAT in 2008 from the blazar PKS 1502+106. The outburst was observed from gamma rays down to radio frequencies. Aims. Through the delay between flare maxima at different radio frequencies, we study the frequency-dependent position of the unit-opacity surface and infer its absolute position with respect to the jet base. This nuclear opacity profile enables the magnetic field tomography of the jet. We also localize the gamma-ray emission region and explore the mechanism producing the flare. Methods. The radio flare of PKS 1502+106 is studied through single-dish flux density measurements at 12 frequencies in the range 2.64 to 226.5 GHz. To quantify it, we employ both a Gaussian process regression and a discrete cross-correlation function analysis. Results. We find that the light curve parameters (flare amplitude and cross-band delays) show a power-law dependence on frequency. Delays decrease with frequency, and the flare amplitudes increase up to about 43 GHz and then decay. This behavior is consistent with a shock propagating downstream the jet. The self-absorbed radio cores are located between about 10 and 4 pc from the jet base and their magnetic field strengths range between 14 and 176 mG, at the frequencies 2.64 to 86.24 GHz. Finally, the gamma-ray active region is located at (1.9 +/- 1.1) pc away from the jet base.

研究の動機と目的

• 赤方偏移 z = 1.8385 のフラットスペクトル電波クェーサーである PKS 1502+106 の 2008/10 の広帯域フレアの物理的起源を理解すること。
• 電波の時間遅延と γ 線光曲線を組み合わせることで、γ 線放射領域の局所化を行うこと。
• 不透明度駆動時間遅延と等分配仮定を用いて、ジェットに沿った磁場構造を推定すること。
• 観測された周波数依存のフレア遅延と振幅をもとに、ショックモデルを検証すること。
• ガウス過程回帰が不規則にサンプリングされた離散的ブラークホール光曲線の時間領域解析に有効であることを示すこと。

提案手法

• エフェルスベルク 100m 無線望遠鏡と IRAM 30m 無線望遠鏡を用いて、2.64 から 226.5 GHz の 12 種類の周波数で電波輝度の多周波数測定を実施。
• 不規則にサンプリングされた離散的電波光曲線からパラメータをモデル化・抽出するためにガウス過程回帰を適用。
• 異なる周波数でのフレア最大値間の時間遅延を定量化するために、離散相互相関関数解析を用いた。
• 周波数依存の遅延を用いて時間遅延コアシフトを導出し、ジェットの不透明度プロファイルを再構成。
• 磁場エネルギー密度と粒子エネルギー密度が等分配であると仮定し、各コア位置における磁場強度を推定。
• 電波コア位置と γ 線遅延を組み合わせることで、γ 線放射領域のジェット基部からの距離を制約。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周波数依存の不透明度によって示される、PKS 1502+106 のシンクロtron自己吸収ジェットの空間的構造は何か？
• RQ2 γ 線放射領域はジェット基部からどのくらいの距離に位置し、これは放射メカニズムにどのような含意を持つのか？
• RQ3 ジェットに沿った磁場強度は何か、そしてコアからの距離とともにどのように変化するか？
• RQ4 観測されたフレア挙動はショックインジェットモデルを支持するか、ジェット加速に関する何を明らかにするか？
• RQ5 ガウス過程回帰は、離散的で不規則にサンプリングされたブラークホール光曲線の時間領域解析に効果的に適用可能か？

主な発見

• フレアの振幅は約 43 GHz まで増加し、その後減少するため、ジェットに沿って下流へと進行するショックを示唆している。
• バンド間遅延は周波数が高くなるにつれて減少し、周波数依存の不透明度支配フレアに一致する。これは周波数のべき乗則的依存性を示す。
• 1 次不透明度表面は、86.24 GHz でジェット基部から 4.1 ± 1.1 パーセク、2.64 GHz で 10.2 ± 1.2 パーセクの位置に位置している。
• コアにおける磁場強度は、2.64 GHz で 14 mG から 86.24 GHz で 176 mG まで変化し、ジェット基部から 1 パーセクの位置での平均は 174 ± 55 mG である。
• γ 線放射領域は、ジェット基部から (1.9 ± 1.1) パーセクの位置に局所化されており、広帯域領域の外側に位置しており、外部放射場（例：赤外線トーラス）を伴う逆コンプトン過程を支持する。
• 観測された時間遅延とべき乗則的挙動は、減速するジェットとは整合せず、pc スケールジェットにおける顕著な加速を支持するシナリオを示している。