[论文解读] Shocks in relativistic transverse stratified jets, a new paradigm for radio-loud AGN

O. Hervet, Z. Méliani+5 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 80被引用 11

一句话总结

本文提出了一种无线电波瓣活动星系核喷流的新范式，通过将横向分层结构（即快速内层喷流嵌入较慢的外层）与VLBI数据中观测到的内激波特冲击联系起来。利用二维特殊相对论流体动力学模拟，表明外喷流的相对能量通量决定了激波特行为：弱外喷流产生靠近喷流核心的静止、阻尼激波（与HBL一致），而较强外喷流则在大距离处驱动移动激波（与FSRQ和IBL/LBL一致），从而将AGN分类与吸积态及喷流结构统一起来。

ABSTRACT

The transverse stratification of active galactic nuclei (AGN) jets is suggested by observations and theoretical arguments, as a consequence of intrinsic properties of the central engine (accretion disc + black hole) and external medium. On the other hand, the one-component jet approaches are heavily challenged by the various observed properties of plasmoids in radio jets (knots), often associated with internal shocks. Given that such a transverse stratification plays an important role on the jets acceleration, stability, and interaction with the external medium, it should also induce internal shocks with various strengths and configurations, able to describe the observed knots behaviours. By establishing a relation between the transverse stratification of the jets, the internal shock properties, and the multiple observed AGN jet morphologies and behaviours, our aim is to provide a consistent global scheme of the various AGN jet structures. Working on a large sample of AGN radio jets monitored in very long baseline interferometry (VLBI) by the MOJAVE collaboration, we determined the consistency of a systematic association of the multiple knots with successive re-collimation shocks. We then investigated the re-collimation shock formation and the influence of different transverse stratified structures by parametrically exploring the two relativistic outflow components with the specific relativistic hydrodynamic (SRHD) code AMRVAC. We were able to link the different spectral classes of AGN with specific stratified jet characteristics, in good accordance with their VLBI radio properties and their accretion regimes.

研究动机与目标

• 解决单组分内激波特模型中无法解释AGN喷流中结多样性运动学行为的不一致性问题。
• 研究横向喷流分层结构（特别是快速喷流脊与较慢外层）如何影响内激波特形成与演化。
• 通过流体动力学模拟，将观测到的VLBI喷流结形态与运动学特征与特定吸积态（ADAF、标准盘、混合盘）关联起来。
• 建立一个统一框架，连接喷流结构、激波特动力学与AGN分类（如HBL、FSRQ、IBL/LBL）。
• 证明外喷流组分的相对能量通量控制着激波特行为：静止激波与移动激波。

提出的方法

• 使用AMRVAC代码执行完全二维特殊相对论流体动力学（SRHD）模拟，以模拟过压的双组分喷流。
• 参数化调节内喷流脊与外层之间的能量通量比，以探索不同喷流构型。
• 模拟喷流在静态外部介质中的传播，以研究重新聚焦激波特的形成与演化。
• 分析激波特强度、位置及运动特性（静止或移动）与外喷流能量通量的关系。
• 将模拟结果与MOJAVE合作项目的长期VLBI监测数据进行验证。
• 将模拟的激波特行为与观测到的AGN光谱类型及吸积态（ADAF、标准盘、混合盘）相关联。

实验结果

研究问题

• RQ1 相对论性喷流中的横向分层结构如何影响在VLBI中观测为射电结的内激波特的形成与演化？
• RQ2 什么决定了内激波特是静止还是移动的？这与外喷流组分的能量通量有何关系？
• RQ3 通过外喷流功率可变的双组分喷流模型，是否可以解释AGN喷流结行为的观测多样性（如强度、位置、运动）？
• RQ4 不同吸积态（ADAF、标准盘、混合盘）如何对应于不同的喷流结构与激波特构型？
• RQ5 是否可以建立一个统一模型，将AGN分类（HBL、FSRQ、IBL/LBL）与特定喷流分层结构及激波特动力学联系起来？

主要发现

• 外喷流能量通量低于总能量通量1%的喷流产生靠近核心的静止、阻尼内激波特，与高频峰值BL Lacs（HBL）及ADAF吸积态一致。
• 内喷流与外喷流能量通量相近的喷流产生非常强烈的首次内激波特，与平光谱射电类星体（FSRQ）及标准吸积盘的特性一致。
• 相对较强的外喷流可增强核心附近内激波特的强度，同时在大距离处驱动移动激波特，与低频和中频峰值BL Lacs（IBL/LBL）及混合吸积盘（中心为ADAF，外部为标准盘）一致。
• 外喷流相对贡献在以下序列中递增：HBL（最弱外喷流）< FSRQ（组分平衡）< IBL/LBL（较强外喷流），与观测到的激波特行为相关。
• 模拟再现了当外喷流较强时，喷流张角在大距离处增大的现象，与VLBI观测到的延伸喷流结构一致。
• 该模型成功将AGN的光谱类型与特定喷流分层结构及激波特动力学联系起来，为AGN喷流分类提供了新的统一框架。