VLBI を用いた TeV ブレーザー Mrk421 の X 線フレア時におけるコアふらつき探査

新沼浩太郎（山口大学）

共同研究者：紀基樹、小山翔子（ NAOJ ）、土居明広（ ISAS/JAXA ）、ほか

「巨大ブラックホールからの噴出流」＠三鷹、 2012年 9月 6 - 7日

OUTLINE

• Motivations Mrk421 X-ray flare: Epoch A VLBI follow-up & Result X-ray flare: Epoch B VLBI follow-up & Result

• Discussion

• Internal Shock Model

• Conclusion

「巨大ブラックホールからの噴出流」＠三鷹、 2012年 9月 6 - 7日

MOTIVATION• 近傍 TeV ブレーザーの電波ノットは非相対論的な速度

減速ジェットモデルやジェットの多層構造で説明• Mrk421 (z=0.03) 最大の TeV フレア後の VLBI 観測で、新成分は

現れなかった（ Piner+2005 ）Piner+ (2005) の場合、追観測開始がフレアの 5 ヶ月後から（モニター間隔も3 ヶ月）

追観測開始のタイミング、サンプリング間隔は十分 ?

• BL Lac (z=0.06) においてはフレア後の超光速成分の出現が確認済み（ Marscher+2008, Nature ）

• Mrk421 も大きなフレアのすぐ後に追観測を開始すればフレアに伴う（超光速の）新成分を捉えられるのでは？

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Lister+(2009)

Mrk421

Mrk421

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SEDs, Abdo et al. 2011

• 初めて TeV放射が確認されたブレーザー• ブレーザーの中では極近傍に位置する

→ z = 0.031 (126 Mpc)

→VLBIを用いることでブレーザーのブラックホール近傍現象（振る舞い）を探るのに非常に適した天体（ 1mas = 0.64pc）

MRK421 X-RAY FLAREMAXI/GSC & Swift/BAT

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Epoch A Epoch B

2010 Feb 16th : Largest X-ray flare (~ 160 mCrab) Atel#24442011 Sep 7th : ~ 80 mCrab Atel#3637

VLBI OBSERVATIONSEpoch-A: 2010 Mar 07 – May 31, 5 Epochs

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Status

Antenna: 4 telescopesMizusawa, Iriki, Ogasawara, Ishigaki-jimaObs. Mode: non-Astrometry modeFrequency: 22 GHzBandwidth: 256 MHzSynthesized beam:1.25 x 0.85 @-40degOn-source time (Mrk 421): 5.5 hour

RESULT

VERA images (upper) and VLBA image (right)

- JC1 成分が時間とともにコアに近づいているように見える（観測日は 3/7, 4/1, 4/25, 5/12 ）

- VLBA 15GHz イメージの MC3 成分が JC1 に対応- VERA では分解能、ダイナミックレンジの不足によ

り、 MC1, MC2, MC4 が検出できず

Niinuma+2012 submitted

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PROPER MOTION: JC1

超光速のインワードモーション検出？

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Βapp ~ -3.5±1.0

Niinuma+2012, submitted

フレアに伴う超光速のノットの出現か？

δ ~ 15 @θ=3°

Kellerman et al. 2009

コアの見かけの重心

INWARD MOTION

局所的に見ると、インワードモーションが見えている例がある

MOJAVE プログラムは全ジェット成分のうち 2% 程度にインワードモーションが見えていると報告（ Lister+2009 ）

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Piner+2010

PROPER MOTION VERA & VLBA

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Proper motion relative to the core

Niinuma+2012, submittedVLBA アーカイブデータを数エポック解析し比較

SUMMARY 1

• 定常的な低速のジェット成分の存在（ Lico+2012 における monthly-monitor とも矛盾しない）

• インワードモーションを検出し、大規模なフレア後にはMrk421 においても超光速成分の出現の可能性を示唆 この新成分の live time は短い？（網掛け期間中に減光？） LC もコア領域で構造の変化を示唆？

• 検出には VLBI を用いた早急かつ密な追観測（もしくはモニター）が重要（従来の観測頻度では不十分）

• インワードモーションが、コア重心の動きによるものか、ジェットの本質的な動きかの切り分けにはアストロメトリ観測が必須

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X-RAY FLARE – Epoch B -

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VERA を使って２〜３週間おきに追観測→2beam 位相補償モード！

VLBI OBSERVATIONSEpoch-B: 2011 Sep 16 – 2012 Apr 28, 13 Epochs

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Status

Antenna: 4 telescopesMizusawa, Iriki, Ogasawara, Ishigaki-jimaObs. Mode: 2-beam astrometry modeFrequency: 22 GHzBandwidth: 128 MHz / beamSynthesized beam:1.25 x 0.85 @-40degOn-source time (Mrk 421): 5.5 hour

ASTROMETRIC OBS. Mrk421Target: Mrk421

Calibrator: J1101+3904

Mrk421 に比べ、 J1101+3904 の強度は半分程度（〜 100 mJy/b @22 GHz ）→ 解析では Mrk421 に対する J1101+3904 の絶対　　位置を計測

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上： Mrk421 & J1101+3904

左： VERA Images on 2011 Feb 9th

Mrk421 J1101+3904J1101+3904Phase referenced

CORE JITTER OF Mrk421

フレア直後（ < 10 days ）からの絶対位置測定の結果、コアの位置の大きなシフトが見られた（１３エポック中１２エポックを解析）

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Mrk421 のジェット軸（青）に沿った方向へ大きくふらついている

Preliminary

CORE JITTER OF Mrk421ジェット軸へ投影した動き

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Preliminary

• 2 度振動してから動きが収束している

• 40 日間で 0.7mas シフト

　→見かけ上〜 0.45 pc

40 日間

POSITION OF THE INNER MOST COMPONENT

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Preliminary

コアと最近傍ジェット成分の離角＆位置角の変化

Mrk421 の光度曲線

Mrk421 のモデルフィットイメージ

ジェット

コア

DISCUSSION

• これだけ大きなコアのふらつきは、フレアに伴う新しいジェット成分の出現によるものだと考えると• ２回振動していることから、最低でも 2 成分以上の新成分

の出現によるもの？

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コア

低速ノット

コアの動きが新成分によるものとし、その速度も新成分に押し付ける

40 日間で 0.7 mas の動き

~13c

PROSPECTS

• 静穏期における Core jitter 計測： ~bi-weekly monitoring （共同利用へ提案予定）

• 内部衝撃波モデルに基づいた BH- 電波コア間距離の推定• コアのふらつき量から電波コア - BH のオフセット量に制

限• フレア期と静穏期で有意な差が見られるか？何故？

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INTERNAL SHOCK MODEL

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S. Koyama

内部衝撃波モデルに基づく遠方説の直接的検証

Dsep_max

Dsep_min

Lshift = θ(Dsep_max – Dsep_min) ~ θDsep_max

θ

Dsep_max >> Dsep_min を仮定

S. Koyama

TARGET – Mrk421 -

PI: S. Koyama で Mrk501 に挑戦（次のトーク）

Mrk421 のデメリット・メリット• デメリット

• Mrk501 に比べ多少暗い（コア： 200-300mJy@22 GHz ）• 近傍に明るい位置参照源が無い（ Mrk501 の場合、 3C345 が２度離角に

存在する）• メリット

• TeV ブレーザーで最も近い（ z=0.031, 1mas=0.61pc ）• Dsep 〜 1pc, θ=5deg を仮定 -> Lshift 〜 0.14 mas

今回のフレアの場合、最大で 0.7mas 振れている⇒ これを Lshift 見なすと Dsep~ 5 pc

CONCLUSION

• Mrk421 における X 線フレア直後からの密な追観測（絶対位置測定）により、コアの大きなふらつきを検出することができた

• 今回検出したコアのシフト量を Lshift に押し付けるのは難しいか？

• フレア期におけるコア位置のシフトは内部衝撃波発生位置のシフトというよりは新成分出現によるコア重心のシフト？（現段階ではどちらとも言えない→イメージングのやり直しが必要か？）

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