[论文解读] A VLBA survey of the core shift effect in AGN jets I. Evidence for dominating synchrotron opacity

K. V. Sokolovsky, Y. Y. Kovalev+2 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2011

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 41被引用 79

一句话总结

这项对20个活动星系核喷流的VLBA观测证实，所有源均存在频率依赖的核心位移，核心位置随 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 变化，强烈支持同步辐射自吸收是毫秒喷流中主导的光学厚度机制。观测到的 $ \nu^{-1} $ 标度与圆锥形、能量均分喷流的Blandford & Königl模型一致，表明物理参数平滑渐变，且在观测频率范围（1.4–15.4 GHz）内，自由-自由吸收或压强/密度梯度的贡献可忽略不计。

ABSTRACT

The effect of a frequency dependent shift of the VLBI core position (known as the "core shift") was predicted more than three decades ago and has since been observed in a few sources, but often within a narrow frequency range. This effect has important astrophysical and astrometric applications. To achieve a broader understanding of the core shift effect and the physics behind it, we conducted a dedicated survey with NRAO's Very Long Baseline Array (VLBA). We used the VLBA to image 20 pre-selected sources simultaneously at nine frequencies in the 1.4-15.4 GHz range. The core position at each frequency was measured by referencing it to a bright, optically thin feature in the jet. A significant core shift has been successfully measured in each of the twenty sources observed. The median value of the core shift is found to be 1.21 mas if measured between 1.4 and 15.4 GHz, and 0.24 mas between 5.0 and 15.4 GHz. The core position, r, as a function of frequency, n, is found to be consistent with an r n^-1 law. This behavior is predicted by the Blandford & Koenigl model of a purely synchrotron self-absorbed conical jet in equipartition. No systematic deviation from unity of the power law index in the r(n) relation has been convincingly detected. We conclude that neither free-free absorption nor gradients in pressure and/or density in the jet itself and in the ambient medium surrounding the jet play a significant role in the sources observed within the 1.4-15.4 GHz frequency range. These results support the interpretation of the parsec-scale core as a continuous Blandford-Koenigl type jet with smooth gradients of physical properties along it.

研究动机与目标

• 在活动星系核喷流中跨宽频率范围研究核心位移效应，以确定主导的光学厚度机制。
• 检验观测到的核心位移是否符合Blandford & Königl模型预测的 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 定律，该模型描述了同步辐射自吸收喷流。
• 评估自由-自由吸收、喷流或周围介质压强/密度梯度在塑造核心位置频率依赖性中的作用。
• 评估对天体测量和参考坐标系定义的影响，特别是对未来空间光学天体测量任务的意义。
• 为未来喷流几何结构、磁场和动能功率的建模建立高精度数据集。

提出的方法

• 对20个预先选定的活动星系核喷流，在1.4 GHz至15.4 GHz之间的九个频率上进行同时VLBA观测。
• 通过参考一个明亮且光学薄的喷流特征来测量每个频率下的核心位置，以最小化相位参考误差。
• 使用幂律模型 $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ 拟合核心位置 $ r_c $ 与频率 $ \nu $ 的关系，其中 $ k=1 $ 为纯同步辐射自吸收的预期值。
• 利用组延迟评估是否可直接比较射电核心位置与光学对应体而无需校正。
• 分析不同源和频率波段中幂律指数 $ k $ 的稳定性，以检测与 $ \nu^{-1} $ 定律的偏离。
• 通过比较不同历元的流量比，评估核心耀斑和变异性对核心位移测量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 活动星系核喷流中的核心位置是否随观测频率系统性地移动？如果是，这种移动的函数形式是什么？
• RQ2 观测到的核心位移是否与Blandford & Königl模型预测的 $ r_c \propto \nu^{-1} $ 依赖关系一致，该模型描述了同步辐射自吸收喷流？
• RQ3 在1.4–15.4 GHz频带内，自由-自由吸收或喷流或周围介质压强/密度梯度在多大程度上影响核心位移？
• RQ4 核心位移是否可用于在无需校正的情况下，将高精度天体测量中的射电核心位置与光学对应体直接关联？
• RQ5 在 $ r_c \propto \nu^{-1/k} $ 关系中，幂律指数 $ k $ 是否存在系统性偏离，提示存在额外的光学厚度机制？

主要发现

• 在所有20个观测到的活动星系核喷流中均检测到显著的核心位移，1.4 GHz与15.4 GHz之间的中位位移为1.21 mas。
• 核心位置 $ r_c $ 随频率的变化符合 $ r_c \propto \nu^{-1} $，平均幂律指数 $ k = 0.99 \pm 0.14 $，与纯同步辐射自吸收一致。
• 未发现 $ k = 1 $ 的显著系统性偏离，表明在观测频率范围内，自由-自由吸收和压强/密度梯度对核心位移无显著影响。
• 5.0 GHz与15.4 GHz之间的中位核心位移为0.24 mas，证实该效应在较低频率下更强。
• 观测到的 $ \nu^{-1} $ 标度支持将毫秒喷流核心解释为具有平滑物理梯度的连续Blandford-Königl型喷流。
• 结果表明，对于强核心主导源，ICRF2中的射电核心位置可无需核心位移校正直接与光学位置比较，但绝对天体测量仍需参考源校正。