High Energy Observations of AGN Jets and Their Future - KEK

52 Pages·2008·6.86 MB·English

0088 AAcccceelleerraattoorrss iinn tthhee UUnniivveerrssee,, KKEEKK,, JJAAPPAANN 1
HHiigghh EEnneerrggyy OObbsseerrvvaattiioonnss ooff AAGGNN JJeettss
aaaannnndddd TTTThhhheeeeiiiirrrr FFFFuuuuttttuuuurrrreeee PPPPrrrroooossssppppeeeeccccttttssss
CCeenn AA iinn XX-rraayy
JJuunn KKAATTAAOOKKAA
((TTookkyyoo IInnssttiittuuttee ooff TTeecchhnnoollooggyy))
2
AAssttrroonnoommiiccaall JJeett SSoouurrcceess
optical X-ray Rraaddioio
AGN
Protostar L1551 SNR CasA 3C46
X-rayy X-ray X-rayy/γγ-rayy
Pulsar 1509-58 BH((?)) binaryy SS433 γγ-rayy burst
Powerful, highly collimated outflows are commonly observed, but
where and how the jets are formed? What is their composition?
AAGGNN jjetts are off parttiicullar iintterestt bbecause off iitts llarge siize ((≾≾ MMpc)),
power (≾1049 erg/s), and numbers (10-7 /Mpc3) in the universe.
3
AAGGNN jjeett:: AAnn AAcccceelleerraattoorr iinn tthhee UUnniivveerrssee
AGN
(kpc/Mpc)
CCeenn AA
CR direction
nearby AGN
AGN
((ssuubb-ppcc))
AAuger collllabborattiion 0077
Hillas 84
VVariious canddiiddates ffor UUHHEECCRR prodductiion – mostlly, extragallactiic.
Possible/suggestive association with AGN - 27 UHECRs traced
bbaacckk ttoo nneeaarrbbyy ggaallaaxxiieess, ssuucchh aass CCeenn AA aanndd MM8877.
Accelerators in AGN : inner (~1AU/sub-pc) and outer (kpc –Mpc).
4
OOuuttlliinnee ooff tthhiiss ttaallkk
AGN jet: on “various scales”,
across the EM spectrum.
lobe
kpc/
Mpc BBllaazzaarrss
-- SSSSuuzzaaaakkkkuu vviiiieeeeww ooooffff bbbbllllaaaazzaaaarrrrssss..
jet
pc
-- PPhhyyssiiccss ooff ssuubb--ppcc jjeettss..
sub- pc
JJeett LLaauunncchhiinngg
10-4 pc
BH
-- DDiisskk--jjeett ccoonnnneeccttiioonn..
(~ 10 r )
g
-- LLoonngg--tteerrmm mmoonniittoorriinngg..
RRaaddiioo GGaallaaxxiieess
-- PPhhyyssiiccss ooff llaarrggee ssccaallee jjeettss..
-- AA CCRR aacccceelleerraattoorr??
+ Future prospects with GLAST.
5
CGRO
Blazar-zone
(sub-pc jet)
SSuzakku
ASCA RXTE BeppoSAX
6
EGRET All Sky Map (> 100 MeV)
More than 270 src in the EGRET 3rd catalog, ~70 of which are blazars.
Update analysis of EGRET data finds ~ 100 AGNs, most of which
aarree bbllaazzaarrss eexxcceepptt ffoorr 22 rraaddiioo ggaallaaxxiieess:: ((sseeee NNaannddiikkoottkkuurr++ 0077))
Important particle accelerator - but what is the “blazar” ?
7
Blazar Varieties
KKuubboo++ 9988, FFoossssaattii++ 9988, JJKK 0022
observer Quasar Hosted Blazar (QHB)
Low-freq peak BL Lac (LBL)
High-freq peak BL Lac (HBL)
IInnvveerrssee
Synchrotron
Compton
Blazars: jet closely aligned to our line of sight.
•• SSLL mmoottiioonn, oonnee-ssiiddeedd jjeett ββ ~~ 00.9999 cc oorr ΓΓ (cid:1584)(cid:1584) 1100
jet jet
“Double peaks” over two decades in ν.
• SSyynncc ++ IInnvv. CCoommppttoonn, bbuutt wwiiddee vvaarriieettyy HHBBLL, LLBBLL, QQHHBB
• Most powerful objects peaks at lower ν “Blazar Sequence”
8
EEnneerrggyy DDiissssiippaattiioonn iinn BBllaazzaarr RReeggiioonn
QHHBBL
e.g., Mrk 501
NNoonn--tthheerrmmaall
NNoonn--tthheerrmmaall
eeeemmmmiiiissssssssiiiioooonnnn
eemmiiiissssiiiioonn
ΓΓ
ffaasstt
ΓΓΓΓ
ccccoooolllllllliiiissssiiiioooonnnn BBBBLLLLRRRR
ssllllooww
Tanihata+ 01 （（sshhoocckk）） oorr ttoorruuss
Rapid variability suggests: R ~ c t δ ~ 10-3 pc.
var
Only little variability at t <<1d : “Internal shock”
var
• Modulation of relativistic outflows - faster shell catches up with
the slower one at D ~ 10 Γ 2 R ~ 103 R ~ 0.01 pc
jet g g
ssuubb--ppcc jjeett ((tthhee ffiirrsstt ssiittee ooff EE--ddiissssiippaattiioonn))
• “Jet power” & “external photons” control the blazar sequence
9
JJeett PPhhyyssiiccss -- HHBBLL
TTTTaakkkkaahhhhaassiiii++++ 00008888
X-ray
& TeV
XX--rraayy TTeeVV
Highly correlated X-ray/TeV flares, suggesting same electrons are
respponsible for both X-rayy ((Syync)) and TeV γγ-rayys ((SSC)) emissions.
Physics of “high-energy end” : γ
max
• t ∝ γ, t ∝ 1/γ t (γ ) = t (γ )
acc cool acc max cool max
Parameters in sub-pc scale jet : B, R, δ ++ E ≳ 1 TeV
max
10
SSppeeccttrraall eevvoolluuttiioonn oonn ~~ hhoouurr ssccaallee
Extremely low BGD of Suzaku enables *for the first time*
ttoo mmoonniittoorr ssppeeccttrraall eevvoolluuttiioonn oonn 3300mmiinn ssccaallee, uupp ttoo 5500 kkeeVV.
© Ushio, Yaji+ 08
65 65
XIS 0.6-12XkISeFIV
Mrk 421 60 60
c
e55 55
s
nt/nsecs5500 5500
ut/nt/
oou45 45
cc
40 40
35
35
13.08
PPIINN
PPIINN 1122-4400kkeVV
1.6 1.6
c1.4 1.4
ec
t/snt/se1.2 1.2
nu
o
uc 1
o 1
cc0.8
0.8
0.6
0.6
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000
(0day) (0tim.e5 [sedc]ay) (1day)
time [sec]