[论文解读] Continuing EVN monitoring of HST-1 in the jet of M87

Kazuhiro Hada, M. Giroletti+10 more|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本研究对室女座星系M87喷流中的HST-1进行了持续的EVN 1.7 GHz监测，因5 GHz频段的亮度下降而转至1.7 GHz。研究揭示了在上游边缘新出现的超光速组分（comp4），并确认了复杂且非弹道的轨迹，其表观速度高达约10c，表明存在螺旋形运动并可能受磁场影响。

ABSTRACT

The relativistic jet in M87 offers a unique opportunity for understanding the detailed jet structure and emission processes due to its proximity. In particular, the peculiar jet region HST-1 at ~1 arcsecond (or 80 pc, projected) from the nucleus has attracted a great deal of interest in the last decade because of its superluminal motion and broadband radio-to-X-ray outbursts, which may be further connected to the gamma-ray productions up to TeV energies. Over the last five years, we have been doing an intensive monitoring of HST-1 with EVN at 5GHz in order to examine the detailed structural evolution and its possible connection to high-energy activities. While this program already yielded interesting results in terms of the detailed mas-scale structure, proper motion measurements and structural variations, the recent HST-1 brightness is continuously decreasing at this frequency. To counter this, we have shifted our monitoring frequency to 1.7GHz from October 2013. This strategy successfully recovered the fainter emission that was missed in the last 5GHz session. Moreover, we again discovered the sudden emergence of a new component at the upstream edge of HST-1, demonstrating that the use of EVN 1.7GHz is indeed powerful to probe the current weak nature of HST-1. Here we report early results from the 1.7GHz monitoring as well as further progress on the long-term kinematic study.

研究动机与目标

• 研究M87相对论性喷流中HST-1亚组分的运动学演化，以理解其与高能γ射线耀发的关联。
• 通过切换至1.7 GHz以克服5 GHz频段亮度下降的问题，从而保持对弱且扩展的辐射的敏感性。
• 利用长期VLBI监测，表征HST-1中紧凑组分的三维结构与运动。
• 检验弯曲轨迹与速度振荡是否表明存在螺旋形喷流路径或受磁场影响。
• 评估HST-1周围的扩展喷流结构，以确定明亮组分是否仅占据喷流截面的一小部分。

提出的方法

• 使用欧洲VLBI网络（EVN）在1.7 GHz对HST-1进行长期甚长基线干涉测量（VLBI）监测，因谱指数变陡而从5 GHz切换至1.7 GHz。
• 将1.7 GHz的EVN数据与档案中的1.7 GHz VLBA数据结合，以实现高角分辨率和高灵敏度，用于结构与运动学分析。
• 对亚组分的距离-时间图进行最小二乘线性拟合，以测量表观自行运动与速度。
• 分析组分在二维天球面上的轨迹，检测其与直线运动的偏离，以推断三维路径几何结构。
• 利用eMERLIN进行深度EVN 1.7 GHz观测，以提高动态范围并探测HST-1周围更微弱的扩展辐射。
• 将运动学特征（如方向变化、速度振荡）与历史上的VHE γ射线耀发（2008年、2010年）进行相关性分析，以检验是否存在因果关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 HST-1组分观测到的超光速运动与弯曲轨迹是否表明喷流中存在三维螺旋形路径？
• RQ2 HST-1组分的速度与方向的运动学振荡是否与TeV γ射线耀发的时间存在相关性？
• RQ3 HST-1周围的扩展喷流结构与内喷流的抛物线形准直轮廓相比如何？这对其喷流横截面大小有何启示？
• RQ4 1.7 GHz EVN观测能否解析出此前被遗漏的更微弱的发射特征，这些特征对理解HST-1的整体结构至关重要？
• RQ5 观测到的组分运动与轨迹变化是否支持HST-1处存在再聚焦激波模型？

主要发现

• 1.7 GHz EVN监测成功恢复了在5 GHz频段中被遗漏的微弱发射，证实了低频观测在探测弱且谱指数变陡的组分方面的有效性。
• 在HST-1上游边缘新出现一个紧凑组分（comp4），其表观速度约为~10c（±5c），表明其快速喷出。
• 长期存在的组分comp1、comp2和comp3表现出超光速运动，其表观速度分别为4.5c、4.5c和5.1c，持续整个监测期。
• comp1、comp2和comp3的轨迹并非直线，而是平滑弯曲，其垂直于喷流轴的横向运动分量最大可达~1c。
• 组分comp3表现出明显的转向：初始喷流位置角（PA）约为310°，随后向喷流轴弯曲，表明存在复杂的三维动力学行为。
• 在多年时间尺度上观测到表观速度与方向的振荡，可能表明存在螺旋形运动或磁场调制。