[论文解读] Breaking the Blazar Sequence: A New View of Radio Loud AGN Unification

Eileen T. Meyer, G. Fossati+2 more|arXiv (Cornell University)|May 3, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文通过识别两类不同的射电噪活动星系核——'弱喷流'（FR I型，低吸积率）和'强喷流'（FSRQ型，高吸积率）——挑战了经典的耀变体序列，这两类通过喷流的动能功率和结构区分。研究提出在νpeak–Lpeak平面存在一个分段幂律序列，其中最强大喷流的伽马射线辐射源自宽线区或分子环面内的外部逆康普顿过程，而非同步自吸收康普顿（SSC）过程，从而解决了耀变体统一理论中长期存在的不一致问题。

ABSTRACT

In recent work, we have identified two sub-populations of radio-loud AGN which appear to be distinguished by jet structure, where low-efficiency accreting systems produce `weak' jets which decelerate more rapidly than the `strong' jets of black holes accreting near the Eddington limit. The two classes are comprised of: (1) The weak jet sources, corresponding to FR I radio galaxies, having a decelerating or spine-sheath jet with velocity gradients, and (2) The strong jet sources, having fast, collimated jets, and typically displaying strong emission lines. The dichotomy in the u_peak-L_peak plane can be understood as a `broken power sequence' in which jets exist on one branch or the other based on the particular accretion mode. We suggest that the intrinsic kinetic power (as measured by low-frequency, isotropic radio emission), the orientation, and the accretion rate of the SMBH system are the the fundamental axes needed for unification of radio-loud AGN by studying a well-characterized sample of several hundred Fermi-detected jets. Finally, we present very recent findings that the most powerful strong jets produce gamma-rays by external Compton rather than SSC emission, placing the dissipation region in these strong jets at a radius inside the BLR and/or molecular torus.

研究动机与目标

• 通过识别射电噪AGN中的基本二分法，解决经典耀变体序列中的不一致问题。
• 检验喷流动能功率和方位角（通过射电核主导度衡量）是否能统一射电噪AGN中观测到的SED多样性。
• 研究强大喷流中伽马射线辐射的起源，特别是外部逆康普顿过程是否主导于SSC过程。
• 鉴于误分类风险，重新评估光学分类（FSRQ与BL Lacs）在耀变体统一理论中的作用。
• 解释费米卫星观测到的“耀变体包络”现象，作为喷流动能功率和方位角的自然结果。

提出的方法

• 分析了数百个费米探测到的具有从射电到伽马射线波段完整能谱采样的AGN喷流样本。
• 使用低频处的各向同性射电光度作为内在喷流动能功率（Lkin）的代理指标。
• 采用射电核主导度（R = log Lcore/Lext）作为喷流方向和多普勒增强效应的度量。
• 在νpeak–Lpeak平面中映射源分布，识别出双峰分布而非连续序列。
• 使用同步自吸收康普顿（SSC）和外部逆康普顿（EC）辐射机制对能谱能量分布进行建模。
• 评估康普顿主导度（CD）与射电核主导度的关系，以推断主导辐射机制（EC与SSC）

实验结果

研究问题

• RQ1 在方位角之外，νpeak–Lpeak平面中观测到的双峰分布能否由单一基本物理参数解释？
• RQ2 喷流动能功率（Lkin）是否比光学类型更适合作为射电噪AGN分类的根本判据？
• RQ3 是什么决定了强大喷流中伽马射线辐射源自SSC还是EC过程？
• RQ4 为何一些强大FSRQ表现为BL Lacs，反之亦然？这对统一方案有何影响？
• RQ5 费米观测到的‘耀变体包络’现象如何与喷流动能功率和方位角相关联？

主要发现

• 耀变体序列并非连续，而是由两条截然不同的分支组成：'弱喷流'（Lkin < 10^44.5 erg s⁻¹）和'强喷流'（更高Lkin），其SED行为各异。
• 弱喷流分支包括非对准的FR I型射电星系和低功率HSP BL Lacs，其喷流表现出减速特征和速度梯度。
• 强喷流分支包括具有高速、准直喷流和强发射线的高能FSRQ，其Lpeak随射电核主导度降低而迅速下降。
• 在最强大强喷流中，伽马射线辐射最合理的解释是外部逆康普顿（EC）过程，其能量耗散区域位于宽线区或分子环面内部。
• 康普顿主导度与射电核主导度之间的正相关关系支持高能、对准喷流中EC过程的主导地位。
• 费米观测到的耀变体包络是喷流动能功率和方位角的自然结果，而非统计异常。