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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1 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 : ASCA : 1993- SAX : 1996- EGRETによる「発見」 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 2. GeV BlazarとTeV Blazarの違い
1. 強いガンマ線放射の謎 2. GeV BlazarとTeV Blazarの違い High Energy Peaked BL Lacs (HBLs) からのTeV Emission TeV Blazar • Mkn421 Mkn501 PKS 1ES シンクロトロンピーク コンプトンピーク ASCA GeV TeV 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 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 HBL Kubo et al ApJ 504, 693 シンクロトロンピークの位置

3 Blazarの統一的描像 • 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 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)
(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)
(PKS 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 Mrk421 Mrk501 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 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 Takahashi et al. 2000, ApJ, submitted 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 ⇒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 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 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 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 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 -BL Lacの例 (Tanihata et al. 2000, ApJ, submitted) -
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 ~ 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) 　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 PKS

13 Feigelson et al. 1995 ApJ (ROSAT)
電波ローブからの硬Ｘ線の検出 Kaneda et al ApJ (ASCA)　 Feigelson et al ApJ (ROSAT)　 Fornax A (NGC1316)　　　 イメージ X線：カラー (ASCA) 電波(1.4ＧＨｚ): コントア （Ekers　et　al．　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 (Harris & Grindlay 1979 MNRAS)
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 ∝ ue uB V Fsync uB FIC usoft ∝ usoft は既知 （uCMB or　uANG ） 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 AO9 観測提案 予想イメージ (一部実測） 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） (Scale bar = 1 arc minute) 予想イメージ (一部実測）