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        耀變體噴流多波段輻射性質(zhì)的研究*

        2020-07-28 06:22:34李仁旭梁繼華彭瑞譚燦杜雷鳴

        李仁旭,梁繼華,彭瑞,譚燦,杜雷鳴

        (1.云南師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院,云南 昆明 650500;2.宿州市第三中學(xué),安徽 宿州 234000)

        1 引 言

        活動星系核(Active Galactic Nuclei,AGN)是指一個星系中心的高密度區(qū)域.作為AGN中物理特性最為極端的一個子類,耀變體(Blazar)的相對論性噴流幾乎直接指向觀測者.耀變體被分為兩個子類,分別是平譜射電類星體(Flat Spectrum Radio Quasars,F(xiàn)SRQ)和蝎虎類天體(BL Lacertae,BL Lac).從觀測的角度上來說,典型耀變體的寬帶能譜分布(Spectral Energy Distribution,SED)表現(xiàn)為雙峰結(jié)構(gòu).在輕子模型中,低能峰通常被認(rèn)為是相對論性質(zhì)電子在磁場中運(yùn)動發(fā)出的同步輻射,習(xí)慣上被叫作同步峰,高能峰通常被認(rèn)為是由逆康普頓散射過程(Inverse Compton Scattering,IC)形成,習(xí)慣上被叫作IC峰.

        1998年Fossati等人[1]研究了三個耀變體的樣本,發(fā)現(xiàn)同步峰峰值頻率和同步峰峰值光度之間存在顯著的反相關(guān)性,由此提出了耀變體寬帶能譜分布的序列演化特征.接著Ghisellini等人[2]為耀變體序列提供了物理的解釋.對于耀變體序列的原始定義,許多研究者展開了進(jìn)一步的研究[3-8].

        在耀變體序列的研究工作中,許多的研究者提供了統(tǒng)計或者理論方面的證據(jù),但是有一部分研究者認(rèn)為耀變體序列的觀測特性可能是由其他因素導(dǎo)致的,如選擇效應(yīng)[9-10]或者聚束效應(yīng)[8].另一方面,有研究者發(fā)現(xiàn)單獨(dú)的FSRQ和BL Lac不滿足耀變體序列的演化特性[3-4,7].因此隨著觀察數(shù)據(jù)的更新,耀變體序列是否真正存在值得進(jìn)一步研究.

        2010年Li等人[11]收集了54個全波段SED的費(fèi)米耀變體樣本數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)x射線波段到γ波段的譜指數(shù)(αxγ)和光學(xué)波段到x射線波段的譜指數(shù)(αox)、本征復(fù)合譜指數(shù)αxox和αγxγ之間存在反相關(guān)性.他們還發(fā)現(xiàn)αxox-αγxγ圖中存在耀變體分群的現(xiàn)象.耀變體分群的統(tǒng)計特性也需要一個更大的準(zhǔn)同時性數(shù)據(jù)來驗證.

        2 樣本和擬合方法

        為了降低峰值參量在估算時的不確定誤差,收集了一個具有(準(zhǔn))同時性寬帶能譜數(shù)據(jù)的耀變體樣本(共252個耀變體,其中包括173個FSRQ和79個BL Lac,耀變體的SED數(shù)據(jù)可以至少擬合出耀變體雙峰結(jié)構(gòu)的一個峰).分別使用二次函數(shù)[12]和三次函數(shù)[13]擬合耀變體源SED的同步峰和IC峰:

        logνFν=clog2ν+blogν+a

        (1)

        logνFν=dlog3ν+clog2ν+blogν+a

        (2)

        其中l(wèi)og(νFν)是流量的對數(shù)形式,logν是頻率的對數(shù)形式,a、b、c和d是常量.

        然后把流量轉(zhuǎn)換為光度:

        (3)

        其中DL是光度距離.康普頓主導(dǎo)因子為IC峰的峰值光度和同步峰峰值光度之間的比值:

        (4)

        (5)

        其中l(wèi)ogF1和logF2分別代表頻率ν1和ν2處流量的對數(shù)形式.兩個本征復(fù)合譜指數(shù)可由下式求得[15]:

        αxox=αox-αx

        (6)

        αγxγ=αxγ-αγ

        (7)

        其中αx和αγ分別代表x射線波段和γ射線波段的譜指數(shù),αox和αxγ分別代表光學(xué)波段到x射線波段和x射線波段到γ射線波段的寬帶譜指數(shù).

        3 分析結(jié)果

        根據(jù)收集到的252個費(fèi)米耀變體(準(zhǔn))同時性數(shù)據(jù),運(yùn)用線性回歸分析了整個耀變體樣本、FSRQ樣本和BL Lac樣本利用二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合的峰值參量、康普頓主導(dǎo)因子和譜指數(shù)之間的相關(guān)性.分析結(jié)果如表1所示,相關(guān)性圖如圖1所示(F和B分別表示FSRQ和BL Lac樣本).圖中實(shí)心正方形表示FSRQ樣本的數(shù)據(jù)點(diǎn),空心圓圈表示BL Lac樣本的數(shù)據(jù)點(diǎn),實(shí)線表示擬合直線.

        圖1 樣本的相關(guān)性分析

        表1 相關(guān)性結(jié)果.

        和logνLICpeak(ν)之間的相關(guān)性都存在耀變體整體與子類不同的情況.

        圖2為分別使用二次和三次函數(shù)擬合耀變體SED得到的αox-αxγ與αxox-αγxγ圖,可以發(fā)現(xiàn)二次函數(shù)擬合的αox和αxγ,αxox和αγxγ,三次函數(shù)擬合的αox和αxγ之間都存在反相關(guān)性,而且這種反相關(guān)同時存在于單獨(dú)的FSRQ樣本和BL Lac樣本中.而在三次函數(shù)擬合的分布圖中,αxox和αγxγ之間的相關(guān)性消失.

        圖2 譜指數(shù)的相關(guān)性分析

        4 討論與結(jié)論

        4.1 二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合結(jié)果得出的相關(guān)性差異性的研究

        相關(guān)性分析結(jié)果表明,二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合耀變體的SED得出的相關(guān)性結(jié)果存在差異.通過線性分析兩種方法得出的同一個參量,發(fā)現(xiàn)5個參量之間都存在近似線性相關(guān)的關(guān)系,但是也存在一部分的離散點(diǎn).兩種方法擬合結(jié)果的差異性可能是由于耀變體源費(fèi)米二期同時性數(shù)據(jù)的缺失導(dǎo)致的.圖3為耀變體源2FGL J0112.8+3208和源2FGL J0915.8+2932寬帶能譜的擬合情況.可以明顯看到,當(dāng)峰結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)點(diǎn)較少時,無法使用三次函數(shù)來進(jìn)行擬合.這種差異直接影響到參量估計的不確定,從而影響到參量之間的相關(guān)性結(jié)果,例如αox和αxγ、αxox和αγxγ之間的相關(guān)性.因此在某些情況下,使用二次函數(shù)擬合耀變體的SED比使用三次函數(shù)擬合更為準(zhǔn)確.

        圖3 源2FGL J0112.8+3208和源2FGL J0915.8+2932寬帶能譜的擬合

        4.2 耀變體序列和分割的統(tǒng)計特征研究

        相關(guān)性分析結(jié)果表明,對于耀變體整個樣本,單獨(dú)的FSRQ和BL Lac樣本,αox與αxγ、αxox與αγxγ之間存在反相關(guān).該結(jié)果與LI等人[11]的研究結(jié)果基本一致.

        此外,在αox-αxγ和αxox-αγxγ平面內(nèi), FSRQ和BL Lac均存在重疊區(qū)域(如圖2),重疊的FSRQ和BL Lac模糊了之前的分群[11],可能的解釋是作為耀變體的兩個子類,F(xiàn)SRQ和BL Lac具有相似的光譜特性、射流的起源、物理條件、傳播和輻射特性,而耀變體分群的消失,可能是我們用了一個更大的耀變體樣本來進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合.

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