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        活動(dòng)星系核光變周期的Jurkevich方法研究

        2018-04-25 16:59:02曹婷婷
        神州·上旬刊 2018年4期

        摘要:活動(dòng)星系核在天體物理研究領(lǐng)域中有著舉足輕重的地位,本文首先介紹了活動(dòng)星系核的光變,又介紹了Jurkevich方法研究活動(dòng)星系核的光變周期的原理。本文選取了由OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的,以源J0004+4615、J0739+0137為例的多個(gè)活動(dòng)星系核為研究目標(biāo),并使用Jurkevich方法對(duì)所選取的源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析,得到在Jurkevich圖中最低點(diǎn)即該源的大致周期。

        關(guān)鍵詞:活動(dòng)星系核;光變周期;Jurkevich方法

        1、引言:

        活動(dòng)星系核以其高光變、高偏振等極端性質(zhì)成為現(xiàn)代天體物理學(xué)中最活躍的分支學(xué)科之一[1]?;顒?dòng)星系核的光變是指天體的輻射流量隨時(shí)間的變化,包括連續(xù)譜的光變和發(fā)射線的光變[2][3]。通常情況下指的是連續(xù)譜的光變,輻射區(qū)域外的物理環(huán)境的變化與輻射介質(zhì)的變化、輻射區(qū)域內(nèi)部物理?xiàng)l件和結(jié)構(gòu)的變化、輻射過(guò)程的改變都可以通過(guò)光變現(xiàn)象來(lái)反映。光變是活動(dòng)星系核最重要的特性之一,各個(gè)觀測(cè)波段上,都能探測(cè)到活動(dòng)星系核的光變,且光變時(shí)標(biāo)從幾天到年,將活動(dòng)星系核的光變分成短時(shí)標(biāo)(小時(shí)、天)光變,中等時(shí)標(biāo)(月)光變和長(zhǎng)時(shí)標(biāo)光變(年)。

        不同時(shí)標(biāo)的產(chǎn)生原因可能存在差異,長(zhǎng)時(shí)標(biāo)的周期性可能與S-型有限循環(huán)的熱粘滯不穩(wěn)定性[6]有關(guān),或與活動(dòng)星系核的超大質(zhì)量雙黑洞的周期性的軌道運(yùn)動(dòng)有關(guān)[4][5];中等時(shí)標(biāo)的周期性光變可能是因?yàn)槁菪龂娏鱗7][8];而短時(shí)標(biāo)光變可能在活動(dòng)星系核中靠近超大質(zhì)量黑洞的附近產(chǎn)生。

        2、Jurkevich方法研究活動(dòng)星系核的光變周期

        考慮一個(gè)有N個(gè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)樣本,記單個(gè)觀測(cè)值為Xi,樣本總平均值為X,總離差平方和為V2,總方差為S2,這些量由以下公式給出:

        假設(shè)分成個(gè)m組數(shù)據(jù)樣本,則以下公式給出了第l組相對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)量:

        其中ml是第l組的觀測(cè)值的個(gè)數(shù),則m個(gè)組各自的總離差平方和的總和為:

        顯然有Vm2Vm2;若各組的平均值完全相同,則V2=Vm2。V2與Vm2的差值為:

        在周期分析中,先假設(shè)周期為P,稱為試驗(yàn)周期,將所有觀測(cè)數(shù)據(jù)按各自所在的相位區(qū)間分為m個(gè)組,計(jì)算出每個(gè)組的總離差平方和Vl2,再將它們相加得到Vm2。對(duì)于給定的要分析周期的數(shù)據(jù)樣本,V2不隨試驗(yàn)周期P變化,而Vl2和Xl則對(duì)P的變化很敏感。當(dāng)試驗(yàn)周期不是真實(shí)周期時(shí),V_BG^2相對(duì)于V2很小。當(dāng)試驗(yàn)周期與真實(shí)周期接近時(shí),各組的平均值Xl變的差異很大,VBG2變的比Vm2大許多,也就是說(shuō)Vm2相對(duì)于V2減小了。事實(shí)證明,當(dāng)測(cè)試周期等于真實(shí)周期時(shí),Vm2也是其最小值[9]。測(cè)試周期P在一定的范圍內(nèi)等間隔地取值,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的Vm2,做Vm2-P圖,圖中Vm2極小值位置就對(duì)應(yīng)著周期值。

        對(duì)于統(tǒng)計(jì)漲落可使圖像出現(xiàn)極小值的情況,Kidger等人于1992年在文[10]中給出了估計(jì)Vm2圖中周期的真實(shí)性的f判據(jù):

        其中Vm2是歸一化的值。在歸一化的Vm2-P圖中,若Vm2=1,即f=o,則樣本數(shù)據(jù)沒(méi)有表現(xiàn)出周期性;若f ≥ 0.5,則表明樣本數(shù)據(jù)有很強(qiáng)的周期性,若f< 0.25,則表明樣本數(shù)據(jù)可能有弱的周期性[11]。

        3、數(shù)據(jù)處理與分析

        OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡所處頻率為15GHz,于2007年開(kāi)始新的研究活動(dòng),每周監(jiān)測(cè)超過(guò)1800個(gè)閃耀約兩次。本文使用數(shù)據(jù)處理軟件Matlab將0VRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到與之對(duì)應(yīng)的Jurkevich方法圖。選取通過(guò)目標(biāo)源光變?cè)瓐D與Jurkevich圖進(jìn)行對(duì)比,找到AGN大致周期與誤差,然后選取通過(guò)OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的源的名稱、類型、赤經(jīng)和赤緯等參量。

        相關(guān)參量(部分)如表1所示:(1)目標(biāo)源;(2)周期;(3)誤差;(4)赤經(jīng);(5)赤緯;(6)類型。

        由于數(shù)據(jù)量很大,本文選取了經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比后具有代表性的兩個(gè)源的圖,其中,圖1與圖3分別表示的是J0004+4615、J0739+0137兩個(gè)源的光變?cè)瓐D,而圖2與圖4分別表示的是通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析的J0004+4615、J0739+0137兩個(gè)源所對(duì)應(yīng)的Jurkevich方法圖。

        圖1:J0004+4615光變?cè)瓐D

        圖2:J0004+4615的Jurkevich方法圖

        圖3:J0739+0137光變?cè)瓐D

        圖4:J0739+0137的Jurkevich方法圖

        以上就是結(jié)果中得到的規(guī)律明顯,并且周期清晰的光變?cè)瓐D與Jurkevich方法圖。從Jurkevich方法圖中可以看出:J0004+4615、J0739+0137兩個(gè)源的周期分布與其觀測(cè)到的周期分布是一致的。通過(guò)Jurkevich方法對(duì)OVRO40m望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的AGN光變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,在Jurkevich圖中得到了最低點(diǎn)即該星體的大致周期。本次探究中體現(xiàn)了Jurkevich方法在處理離散不規(guī)則散點(diǎn)數(shù)據(jù)方面具有不可小覷的優(yōu)勢(shì)。

        4、總結(jié)與展望

        在活動(dòng)星系核的研究中,周期性的光變現(xiàn)象往往代表著天體存在著軌道、轉(zhuǎn)動(dòng)與震動(dòng)等運(yùn)動(dòng),通過(guò)這些運(yùn)動(dòng)的存在我們可以標(biāo)出天體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等,這也是目前在活動(dòng)星系核觀測(cè)和輻射機(jī)理研究中活動(dòng)星系核的周期性光變特性顯得尤為重要的原因。

        一般由于活動(dòng)星系核光變的觀測(cè)時(shí)間跨度長(zhǎng)、望遠(yuǎn)鏡未觀測(cè)到光變或目標(biāo)源處于平靜期,使得觀測(cè)到的數(shù)據(jù)一般都很離散,對(duì)其光變周期的研究變得困難。本文通過(guò)Jurkevich方法對(duì)OVRO40m望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的AGN光變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到了Jurkevich圖中最低點(diǎn)即該源的大致周期。從而體現(xiàn)了Jurkevich方法是處理離散不規(guī)則散點(diǎn)數(shù)據(jù)方面的很有效的方法。

        參考文獻(xiàn):

        [1]黃克諒.類星體與活動(dòng)星系核[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社.2005,1:21.

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        [3]毛李勝.Blazar天體的多波段性質(zhì)研究,中國(guó)科學(xué)院研究生碩士學(xué)位論文,2005:15:26.

        [4]Sillanpaa A.et al.,1988,ApJS,325,628.

        [5]Katajainen S.et al.,2000,A&AS;,143,357.

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        [8]Lainela M.et al.,1999,ApJ,521,561.

        [9]Jurkevich,I.,A Method of Computing Periods of Cyclic Phenomena[J],1971,Ap&SS;,13,154

        [10]Kidger M.,Takalo 1.,Sillanpaa A.,A&A;,1992,264,32.

        [11]Zhang X,Xie G Z,Bai J M.AcApSn,1998,18(3):260.

        作者簡(jiǎn)介:曹婷婷,貴州省貴陽(yáng)市貴州大學(xué),物理學(xué)院物理與天文系。

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