[论文解读] The first IRAM/PdBI polarimetric millimeter survey of active galactic nuclei. II. Activity and properties of individual sources

Sascha Trippe, R. Neri+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2012

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 43被引用 8

一句话总结

本研究利用IRAM/PdBI干涉仪对六个活动星系核（AGN）开展了首次高时间分辨率、多频段偏振毫米波观测，通过分析时域的流量与偏振变化，探究辐射几何结构、磁场及激波动力学。研究测得AGN中迄今最高的旋转量（RM）——高达4.2×10⁴ rad m⁻²，表明磁场强度约为10⁻⁴ G，并在1418+546中发现强烈支持倾斜激波结构的证据，其偏振行为与激波模型一致。

ABSTRACT

We present an analysis of the linear polarization of six active galactic nuclei - 0415+379 (3C~111), 0507+179, 0528+134 (OG+134), 0954+658, 1418+546 (OQ+530), and 1637+574 (OS+562). Our targets were monitored from 2007 to 2011 in the observatory-frame frequency range 80-253 GHz, corresponding to a rest-frame frequency range 88-705 GHz. We find average degrees of polarization m_L ~ 2-7%; this indicates that the polarization signals are effectively averaged out by the emitter geometries. We see indication for fairly strong shocks and/or complex, variable emission region geometries in our sources, with compression factors <0.9 and/or changes in viewing angles by >10 deg. An analysis of correlations between source fluxes and polarization parameter points out special cases: the presence of (at least) two distinct emission regions with different levels of polarization (for 0415+379) as well as emission from a single, predominant component (for 0507+179 and 1418+546). Regarding the evolution of flux and polarization, we find good agreement between observations and the signal predicted by "oblique shock in jet" scenarios in one source (1418+546). We attempt to derive rotation measures for all sources, leading to actual measurements for two AGN and upper limits for three sources. We derive values of RM = -39,000 +/- 1,000 (stat) +/- 13,000 (sys) rad/m^2 and RM = 420,000 +/- 10,000 (stat) +/- 110,000 (sys) rad/m^2 for 1418+546 and 1637+574, respectively; these are the highest values reported to date for AGN. These values indicate magnetic field strengths of the order ~0.0001 G. For 0415+379, 0507+179, and 0954+658 we derive upper limits |RM| < 17,000 rad/m^2. From the relation |RM| ~ nu^a we find a = 1.9 +/- 0.3 for 1418+546, in good agreement with a = 2 as expected for a spherical or conical outflow.

研究动机与目标

• 研究单个AGN在时域中的偏振特性，以理解辐射几何结构与磁场分布。
• 确定AGN中偏振变化的物理成因，包括激波压缩与视线方向变化。
• 测量AGN的旋转量（RMs），并推断磁场强度与辐射区域几何结构。
• 利用多epoch偏振数据检验倾斜激波与法拉第旋转的理论模型。
• 通过可变AGN中流量-偏振相关性识别多组分辐射区域。

提出的方法

• 在2007至2011年间，使用IRAM高原博尔干涉仪（PdBI）对六个AGN进行了多epoch、多频段（80–253 GHz）的偏振观测。
• 测量斯托克斯参数I、Q和U，以随时间推导流量、线偏振度及位置角。
• 通过频率相关的偏振角变化推导旋转量（RMs），并估算统计与系统误差。
• 利用关系式 |RM| ∝ ν^a 约束辐射几何结构，将测得的幂律指数a与球形/锥形喷流的理论预期进行比较。
• 采用归一化标准差与互相关技术分析流量与偏振变化，以推断激波压缩与视线方向变化的影响。
• 利用流量与偏振参数之间的相关性，区分单组分与多组分辐射区域。

实验结果

研究问题

• RQ1 在毫米波波段，AGN中观测到的流量与偏振度时间变异性由何原因引起？
• RQ2 激波压缩与视线方向变化如何影响观测到的偏振特性？
• RQ3 通过旋转量推断，AGN辐射区域的磁场强度与几何结构如何？
• RQ4 1418+546中的偏振变化是否符合相对论喷流中倾斜激波模型的预测？
• RQ5 在0415+379等源中，是否存在具有不同偏振水平的、空间分离的独立发射组分？

主要发现

• 在1637+574中测得AGN中迄今最高的旋转量，RM = (42 ± 1_stat ± 11_sys) × 10⁴ rad m⁻²，表明磁场强度约为10⁻⁴ G。
• 在1418+546中测得RM = (−39 ± 1_stat ± 13_sys) × 10³ rad m⁻²，亦属AGN中报告的最高值之一。
• 1418+546中 |RM| ∝ ν^a 的幂律指数a = 1.9 ± 0.3，与球形或锥形喷流几何结构的理论预期一致。
• 1418+546中的偏振变化表现出流量与偏振的关联变化，偏振角发生数十度的偏移，与倾斜激波模型一致。
• 在0415+379中，流量与偏振度之间存在显著负相关性，表明至少存在两个具有不同偏振水平的独立发射区域。
• 对0415+379、0507+179和0954+658的RM上限为 |RM| < 1.7 × 10⁴ rad m⁻²，表明这些源中磁场较弱或有序性较差。