[论文解读] The jet-disk symbiosis. II. Interpreting the Radio/UV correlations in quasars

H. Falcke, Matthew A. Malkan+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 1994

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena被引用 6

一句话总结

本文研究类星体中射电/紫外光度的相关性，提出由吸积盘驱动的相对论喷流可同时解释喷流核心的射电发射与紫外光度。研究发现，射电噪类星体需要喷流功率 ≥1/3 的盘面光度，且需高效电子注入（例如通过次级对产生），并具有洛伦兹因子 γj ≈ 3–10；而射电弱类星体可能具有类似的喷流，但对产生过程被抑制，表明可通过相对论束射统一解释。

ABSTRACT

We investigate the correlation between the accretion disk (UV) luminosity and the radio core emission of a quasar sample. In a radio/$L_{\ m disk}$ plot we find the quasars to be separated into four classes: core dominated quasars (CDQ), lobe dominated quasars (LDQ), radio-intermediate quasars (RIQ) and radio weak quasars. In general the radio core emission scales with the disk luminosity, especially in the radio weak quasars. This shows that radio and UV emission have a common energy source and that the difference between radio loud and radio weak is established already on the parsec scale. We investigate the possibility that radio jets are responsible for the radio core emission in radio loud and radio weak quasars. Comparing our data with a simple jet emission model that takes the limits imposed by energy and mass conservation in a coupled jet-disk system into account, we find that radio loud jets carry a total power $Q_{\ m jet}$ that is at least 1/3 of the observed disk luminosity $L_{\ m disk}$. For the electron population one is forced to postulate an efficient process producing a large number of pairs and/or injecting electrons with a distribution with low-energy cut-off around 50 MeV -- secondary pair production in hadronic cascades could be such a process. The bulk Lorentz factor of the jet is limited to a narrow region ($3\\la\\gamma_{\ m j}\\la10$)). The radio emission of radio weak quasars can be explained with exactly the same parameters for a powerful relativistic jet if secondary pair production, as suggested for radio loud jets, is inhibited. There is evidence that RIQ are the relativistically boosted population of radio weak quasar jets. We can estimate the hidden disk luminosity of FR II galaxies and find that this is consistent with FRII being misdirected quasars.

研究动机与目标

• 理解类星体中观测到的射电核心与紫外盘面光度之间相关性的物理起源。
• 确定相对论喷流是否在所有类星体类型（包括射电弱源）中负责射电发射。
• 检验射电噪/射电弱二分法是否源于喷流功率的内在差异，或视角效应。
• 利用喷流-盘面系统中的能量与质量守恒，约束喷流参数（如功率、洛伦兹因子、电子注入效率）。
• 探讨射电中等与射电弱类星体是否为标准射电弱源的相对论束射版本。

提出的方法

• 在射电光度与盘面光度（L_disk）平面中分析类星体样本，将源分类为核心主导型（CDQ）、外瓣主导型（LDQ）、射电中等型（RIQ）和射电弱型（RWQ）。
• 应用一种强制满足耦合喷流-盘面系统中能量与质量守恒的喷流发射模型，推导最小喷流功率（Q_jet）。
• 利用对电子种群的约束推断注入机制，倾向于如强子级联中的次级对产生等过程。
• 通过要求与观测到的射电核心发射及光度标度一致，估算喷流的集体洛伦兹因子（γj）。
• 比较各类类星体的喷流参数，以检验统一方案，特别是相对论束射在解释RIQ和RWQ群体中的作用。
• 通过外推类星体喷流参数，估算FRII型射电星系中的隐藏盘面光度，检验其与统一模型的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 类星体中观测到的射电核心与紫外盘面光度之间相关性的物理起源是什么？
• RQ2 同一喷流模型能否解释射电噪与射电弱类星体，还是需要不同的机制？
• RQ3 为重现观测到的射电光度，所需的最小喷流功率与电子注入效率是多少？
• RQ4 能量与质量守恒对类星体中相对论喷流的集体洛伦兹因子施加了何种约束？
• RQ5 射电弱/射电噪二分法主要是由于喷流功率的内在差异，还是视角效应？

主要发现

• 射电核心光度与盘面光度强烈相关，尤其在射电弱类星体中，表明存在共同的能量来源。
• 射电噪类星体要求喷流功率 Q_jet ≥ 1/3 的观测盘面光度 L_disk，暗示盘面到喷流的能量耦合效率很高。
• 射电噪喷流中的电子种群需要高效的注入机制，例如强子级联中的次级对产生，其低能截止约在50 MeV左右。
• 喷流的集体洛伦兹因子被约束在 3 ≤ γj ≤ 10 之间，与相对论束射模型一致。
• 若次级对产生被抑制，射电弱类星体可用与射电噪类星体相同的喷流参数解释，表明存在统一机制。
• 射电中等类星体与射电弱类星体的相对论束射群体一致，支持一种统一方案。
• 估算的FRII型射电星系中隐藏盘面光度与类星体统一模型的预期相符，强化了FRII是取向错误的类星体这一观点。