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ブレーザーから電波銀河ローブまで ASCA の成果 高橋忠幸 宇宙科学研究所

強いガンマ線放射 速い時間変動 ジェットからの 　　　非熱的放射. 宇宙の加速器. 多波長観測で進んだ理解 EGRET : 1991-2000 ASCA : 1993- SAX : 1996-. EGRET による「発見」. ブレーザーから電波銀河ローブまで ASCA の成果 高橋忠幸 宇宙科学研究所. ASCA の論文 42 編 （多くが、日本人が主体、あるいは 重要な貢献をして書いたもの） 非常に密接な国際協力 博士論文 　窪：ブレーザーの統一的描像 　（多くのターゲットをまとめた論文 )

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ブレーザーから電波銀河ローブまで ASCA の成果 高橋忠幸 宇宙科学研究所

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Presentation Transcript

  1. 強いガンマ線放射 • 速い時間変動 • ジェットからの　　　非熱的放射 宇宙の加速器 多波長観測で進んだ理解 EGRET : 1991-2000 ASCA : 1993- SAX : 1996- EGRETによる「発見」 ブレーザーから電波銀河ローブまでASCAの成果高橋忠幸宇宙科学研究所 ASCAの論文 42編 （多くが、日本人が主体、あるいは 重要な貢献をして書いたもの） 非常に密接な国際協力 博士論文 　窪：ブレーザーの統一的描像 　（多くのターゲットをまとめた論文) ApJ 504, 693 (1998 ) 　片岡：TeVブレーザーの時間変動 の統一的描像

  2. ASCA シンクロトロンピーク GeV コンプトンピーク TeV High Energy Peaked BL Lacs (HBLs) からのTeV Emission 1. 強いガンマ線放射の謎 2. GeV BlazarとTeV Blazarの違い • TeV Blazar • • Mkn421 • Mkn501 • PKS2155-304 • 1ES2344+514 シンクロトロンに対するコンプトン のルミノシティの比 QSO LBL HBL ルミノシティの高いものほど シンクロトロンピークの周波数が低い Kubo et al. 1998 ApJ 504, 693 シンクロトロンピークの位置

  3. •暗いBlazarほど、冷却が効かず、効率よく加速•暗いBlazarほど、冷却が効かず、効率よく加速 • Blazarのスペクトルの違いは、最大加速 エネルギーが決める Blazarの統一的描像 多波長同時観測：ASCAのスペクトルから External光子を種にしたガンマ線分布 の中のシンクロトロン自己コンプトン (SSC)の寄与を求める ERC gmaxが高い ASCA TeV Blazars SSC SSCのみでガンマ線 放射を説明できる 窪D論から see also Fossati et al. 1998, Ghisellini et al. 1998

  4. X線の光度曲線から知る電子の冷却のプロセス(1)X線の光度曲線から知る電子の冷却のプロセス(1) (Mrk421観測--- Takahashi et al. 1996, ApJ, 470, L89) • 磁場中で、高いエネルギーの電子ほど速く冷却する。　シンクロトロン冷却(「ぎんが」の田代Ｄ論を証明） 1keVで6000秒(電子の冷却時間） 磁場0.14 Gauss (d=10) 多波長スペクトルをSSCを仮定してフィットした 値とコンシステント Index 増光 減光 Flux ソフトな光子の 変動の遅れ(s) フレア時に ソフトなX線の変動は ハードなＸ線の変動より も遅れる。

  5. X線の光度曲線から知る電子の冷却のプロセス(2)X線の光度曲線から知る電子の冷却のプロセス(2) (PKS2155--- Kataoka et al. 1999, ApJ, 470, L89) Soft Lag B~0.1 Gauss 硬Ｘ線のピークがソフトＸ線のピーク に先行する(光度曲線から明らか）

  6. TeV Blazar---Ｘ線とTeVガンマ線の強い相関 ASCAによるMrk421キャンペーンが先駆け Mrk501 Mrk421 単純なシンクロトロン セルフコンプトンモデル (SSC Model)から Macomb et al. 1995, ApJ, 449, L99 Takahashi, Madejski & Kubo 1999, Astroparticle Physics, 11, 177 (Catanese et al. 1997, ApJ, 487, L143)

  7. Takahashi et al. 2000, ApJ, submitted ASCAによるMrk421の1週間連続観測(1998)と 全波長的共同観測(ASCAが主導） • 毎日のように起こるフレア(はじめての発見） • フレアの形は、ほぼ 対称 • ソフトラグとハードラグが混在 • 「加速」の時間スケールが光度曲線にあらわれている ハードラグ の検出

  8. TeVブレーザーの時間変動を「解く」：新しいアプローチTeVブレーザーの時間変動を「解く」：新しいアプローチ ⇒片岡Ｄ論 • シンクロトロンピークのルミノシティとピークエネルギーはきれいに相関する（はじめての結果）。 • フレアは、 • 入射電子の増加 • 入射電子の最高エネルギーの増加⇒高いエネルギー程大きな変動 Mrk421 シンクロトロンピークエネルギー Mrk501 シンクロトロンルミノシティの動き

  9. 観測者が見るライトカーブは 手前のレイヤーから、段々奥のレイヤーの放射が足されていく。 電子の加速、冷却時間がR/Cよりも短いと、観測されるライトカーブは“なまされ”て対称な形になる X線ライトカーブを支配するタイムスケール 電子の加速時間<<電子の冷却時間 低いエネルギーの電子ほど、ゆっくり冷える （明確なエネルギー依存性） ⇒ ソフトX線の変動がハードＸ線に遅れる（ソフトラグ） 電子の加速時間〜電子の冷却時間　 高いエネルギーの電子ほど加速に時間がかかる ⇒ソフトＸ線の変動がハードＸ線に先行する（ハードラグ） (Kirk et al. 1998, 片岡Ｄ論 2000) Mrk421の1998長期 キャンペーンは加速時間と冷却時間 が拮抗している。 Light Crossing Timeの効果 フレアのライトカーブの時間発展の定式化 TeV Soft-X GeV Hard-X Kataoka et al. 2000, ApJ, 528, 243

  10. Structure Functionによる時間変動の解析 (Kataoka et al. 2000 ApJ submitted) •スティープなべき （速い変動はt_crsでなまされてしまう） • 4つのTeVブレーザーに共通する特徴的なタイムスケール（１日） •ジェット中のブロッブが追突してフレア が起こるとする（Internal Shock Model) とエミッション領域に制限（~1017cm) PSD Index

  11. 時間変動でブレーザーの物理状態を探る -BL Lacの例 (Tanihata et al. 2000, ApJ, submitted) - During High Gamma-ray State ge ~104-105 ge ~100 ソフトＸ線のみに非常に 速い変動⇒ gmaxの電子のシンクロトロン放射 (SAXではON231から, Tagliaferri et al.)

  12. TeV Blazarの長期観測(AO7, AO8) Mrk501 Mrk421 (‘98) PKS2155-304 • 　日々のフレアの重ね合わせ • 　異なる変動パターン • ブレーザーの連続、長期ライトカーブは、最近のわれわれの観測が初めて。 • これまでになかったアプローチの解析ができる。 • 加速や冷却の時間発展の物理 • マイクロQSOとの比較や、Radio銀河、セイファートの時間変動とのつながりが興味深い

  13. 電波ローブからの硬Ｘ線の検出 Kaneda et al. 1995 ApJ (ASCA) Feigelson et al. 1995 ApJ (ROSAT) Fornax A (NGC1316) イメージ X線：カラー (ASCA) 電波(1.4ＧＨｚ): コントア （Ekersetal．　1983） 電波ローブに付随した 硬Ｘ線を検出！ 高エネルギーまで感度を持つ 「あすか」で初めて可能となった」 Cen B, NGC 612 (ASCA) 3C216 (SAX) ...

  14. 逆コンプトンＸ線の担う物理 逆コンプトンＸ線 電子 　 Soft光子 FIC ∝ ue usoft V シンクロトロン電波 電子 　　磁場 Fsync∝ ueuB V FsyncuB FICusoft ∝ usoftは既知 （uCMB oruANG） uB , ueが求まる エネルギー等分配などの 仮定が必要ない！！ (Harris & Grindlay 1979 MNRAS)

  15. 磁場と粒子のエネルギー密度 （ローブ全体での平均） 等分配が成立していない！ 粒子優勢なローブ 中心核強

  16. もっとも身近で明るい電波銀河 CenAの • Middle Lobeからの逆コンプトン • MiddleからOuterへの磁場密度と電子密度 の移りかわりをおさえる • Outer Lobeは観測ずみ •コアの時間変動 （セイファート⇒電波銀河⇒ブレーザーへのつながり） AO9 観測提案 (Scale bar = 1 arc minute) 予想イメージ (一部実測）

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