李濤， 馬力， 陳紅君， 周健華， 吳惠， 楊志坤， 易庭豐,2

(1.云南師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，云南 昆明 650500 ;2.廣西相對論天體物理重點(diǎn)實驗室，廣西 南寧 530004)

1 引 言

耀變體(blazar)是活動星系核(active galactic nuclei,AGN)中比較稀有的一種,它是宇宙中大型星系演化的一個特殊階段，其中心有巨型黑洞(106-1010M⊙)在不斷地進(jìn)行氣體吸積，在這個劇烈的吸積過程中氣體的引力勢能通過各種機(jī)制轉(zhuǎn)換成熱能或光能[1]，最后輻射到宇宙空間.耀變體具有強(qiáng)烈的噴流并且噴流的方向正對著地球上的觀測者，因而它看起來極其明亮且光變劇烈[2-4]，耀變體發(fā)出的電磁波頻率幾乎覆蓋了從射電到伽馬射線的整個電磁波譜.耀變體可分為兩個亞類：平譜射電類星體(FSRQ)和蝎虎座BL型天體(BL Lac).

伽馬射線源的低能波段的對應(yīng)體及其性質(zhì)一直是天文學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[5-11].為了更好地定位和探測伽馬射線源[12]，美國國家航空航天局于2008年6月11日發(fā)射了Fermi伽馬射線衛(wèi)星，該衛(wèi)星探測的伽馬射線源位置精度可以達(dá)到10 arcsec的量級，目前費(fèi)米衛(wèi)星研究團(tuán)組已經(jīng)正式發(fā)布了第三期伽馬射線源星表目錄[13](3FGL)以及第三期活動星系核星表目錄[14](3LAC).DR2數(shù)據(jù)源于Gaia衛(wèi)星在2014年6月25日至2016年5月23日期間共668天的光學(xué)波段觀測數(shù)據(jù)[15-16].

本文將DR2樣本與3FGL樣本進(jìn)行交叉匹配，得到光學(xué)波段和伽馬射線的耀變體樣本(記為 Gaia-Fermi耀變體)，然后對Gaia-Fermi耀變體的多波段觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并研究數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性.

2 數(shù)據(jù)樣本

在意大利航天局空間科學(xué)數(shù)據(jù)中心費(fèi)米第三期伽馬射線源目錄(3FGL)數(shù)據(jù)庫下載了費(fèi)米耀變體的位置坐標(biāo)、伽馬射線流量、能譜指數(shù)和光變指數(shù)等數(shù)據(jù)[6].3FGL目錄中有484個平譜射電類星體(FSRQs)、660個BL Lac天體和573個位置亞類型的耀變體(BCUs)，共1 717個伽馬射線耀變體，但3FGL里的位置坐標(biāo)的誤差太大(一般在10 arcsec以上)，所以用3LAC目錄表中的相同源的位置坐標(biāo)代替，而且還有三個源(CLASS J1454+1623，GB6 J0905+2748a，GB6 J0731+6718)的位置坐標(biāo)需要從美國國家航空航天局的河外星系數(shù)據(jù)庫(NASA/IPAC EXTRAGALACTIC DATABASE)或者SIMBAD天文數(shù)據(jù)庫中證認(rèn)出他們的準(zhǔn)確坐標(biāo).最后，將這些帶有準(zhǔn)確位置坐標(biāo)的數(shù)據(jù)文件通過網(wǎng)絡(luò)上傳到法國CDS數(shù)據(jù)庫的交叉匹配服務(wù)器(CDS X-Match Service)上以2 arcsec的精度與Gaia DR2數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉匹配,最終得到1 558個Gaia-Fermi耀變體樣本,包括629個BL Lac天體、470個平譜射電類星體(FSRQs)和459個未知亞類型的耀變體(BCUs).這些數(shù)據(jù)主要包括GP、GRP以及GRP波段的星等值以及6個能段的伽馬射線流量值，三個光學(xué)波段的波長以及伽馬射線的六個能段分別為 G(330-1 050 nm)、GBP(330-680 nm)、GRP(630-1 050 nm)、1-100 GeV、100-300 MeV、300-1 000 MeV、1-3 GeV、3-10 GeV和10-100 GeV;還包括光變指數(shù)(variability index)，它是基于卡方分布(chi square，χ2)得到的表示耀變體在伽馬波段有光變的可能性(即光變的概率).

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 樣本交叉匹配的精度

對得到的Gaia-Fermi耀變體的角距離的分布進(jìn)行研究，如圖1所示，絕大多數(shù)的角距離都分布在0.01附近，表明匹配精度較高.

圖1 BL Lac天體、平譜射電類星體和未知亞類型的耀變體的匹配角距離的分布

3.2 相關(guān)性分析

對BL Lac天體、FSRQ和BCU這三個子樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，分析結(jié)果如圖2、圖3和圖4 所示，光學(xué)波段G、GBP和GRP星等與3FGL的伽馬射線6個能段的輻射流量之間的相關(guān)性均較強(qiáng).對于FSRQ和BL Lac天體兩個子樣本，光學(xué)星等和伽馬射線流量之間是反相關(guān)，這是因為星等對應(yīng)于流量的對數(shù)的負(fù)數(shù).各個子圖的線性擬合的斜率(slope)、皮爾遜相關(guān)系數(shù)(R)以及擬合的點(diǎn)數(shù)(N,即擬合自由度n+2)都按順序排列在表1中.在表1中Flux1、2、3、4、5和6 分別對應(yīng)于伽馬射線6個能段(1-100 GeV、100-300 MeV、300-1 000 MeV、1-3 GeV、3-10 GeV、10-100 GeV)輻射流量，V-index為光變指數(shù).從圖2-4及表1可以看出，光變指數(shù)與光學(xué)星等成反比，即星等越小(即越亮)伽馬射線光變指數(shù)越大(光變概率越大).

圖2 BL Lacs的G波段、GBP波段和GRP波段的光通量和光學(xué)變化指數(shù)的線性相關(guān)分析

Fig.2 The linear correlation analysis of the flux and the optical variation index in G band,GBPband and GRPband for BL Lacs

圖3 平譜射電類星體的G波段、GBP波段和GRP波段的光通量和光學(xué)變化指數(shù)的線性相關(guān)分析

Fig.3 The linear correlation analysis of the flux and the optical variation index in G band,GBPband and GRPband for FSRQs

圖4 未知亞類型的耀變體G波段、GBP波段和GRP波段的光通量和光學(xué)變化指數(shù)的線性相關(guān)分析

Fig.4 The linear correlation analysis of the flux and the optical variation index in G band,GBPband and GRPband for BCUs

表1 Gaia-Fermi耀變體的多波段相關(guān)性分析結(jié)果

4 結(jié) 語

將Gaia衛(wèi)星二期數(shù)據(jù)與Fermi衛(wèi)星三期數(shù)據(jù)中的耀變體進(jìn)行交叉匹配，得到了1 558個Gaia-Fermi 耀變體，其中有629個BL Lac天體、470平譜射電類星體(FSRQs)以及459個未確定亞類型的耀變體(BCUs).比較三個子樣本的多波段數(shù)據(jù)相關(guān)性分析的結(jié)果，可以看出，BL Lac天體的相關(guān)性最強(qiáng)，平譜射電類星體的相關(guān)性次之，而未確定亞類型的耀變體(BCUs)的相關(guān)性最弱.出現(xiàn)這種差異的原因可能是BL Lac天體的伽馬射線輻射和光學(xué)輻射主要來自噴流[10]，平譜射電類星體的伽馬射線輻射來自噴流而光學(xué)輻射可能來自噴流和吸盤以及寬發(fā)射線區(qū)域[13].