李宇航，張海燕，陳如榮，陳天祿

(1 西藏大學 宇宙線教育部重點實驗室， 拉薩 850000； 2 中國科學院國家天文臺 中國科學院FAST重點實驗室， 北京 100101)

吉赫茲峰譜 (gigahertz peaked spectrum, GPS) 源是光學薄區(qū)域譜指數(shù)α≥0.5(S∝ν-α)的致密射電源，約占河外射電源數(shù)目的10%，線尺度一般小于1 kpc。由于同步自吸收或自由—自由吸收效應，它們的射電頻譜會出現(xiàn)低頻反轉，并導致峰形結構，峰值頻率位于500 MHz～10 GHz[1]。關于GPS源，目前一般認為：1)GPS源是比較年輕的射電源，處于演化的早期，未來會演化成致密陡譜(compact steep spectrum，CSS) 源。2)GPS源與周圍稠密的介質有較強烈的相互作用，從而限制了它們的尺度。3)GPS源可能是暫現(xiàn)源或間歇源。因此，對GPS源射電結構和輻射情況的研究，可以促進對它們的形態(tài)結構、演化和周圍物理環(huán)境的認識[2]。此外，由于它們與周圍星系介質有較強的相互作用，偏振觀測可以觀測源的偏振情況和反推磁場結構，更加深入地了解源噴流和介質的相互作用[2-7]。

我們從Fomalont等[8]在1996年開展的美國甚長基線干涉陣(very long baseline array, VLBA) 5 GHz觀測項目中選取射電源0400+258進行研究。該源屬于類星體和GPS源[9]，紅移為2.109。5 GHz頻段VLBA觀測顯示該源呈單側核-噴流結構，噴流向東北方向延伸，結構較扭曲，有明顯的節(jié)點，核射電輻射占主導[8]。43 GHz頻段VLBA觀測顯示射電核尺度約為0.21 mas(milliarc seconds,毫角秒)，噴流向東南方延伸約2 mas，再轉向東北方[10]。源0400+258毫角秒尺度有明顯的噴流，形態(tài)結構比較扭曲，推測它們與周圍的介質有較為強烈的相互作用，便于研究源與周圍環(huán)境的相互作用。美國國立射電天文臺1.4 GHz頻段的VLA巡天項目(NVSS)觀測到該源有一定的偏振輻射[11]，而Gardner等[12-13]利用澳大利亞Parkes射電望遠鏡于5、2.7、1.4 GHz頻段的偏振觀測得到該源的偏振度分別為4.5%、3.0%和3.9%，并得到源的旋轉量(rotation measure, RM)的值為42.0 rad/m2。目前針對該源0400+258的5 GHz和8 GHz頻段的毫角秒尺度的偏振觀測不是很多，通過VLBA 5 GHz和8 GHz同時的偏振觀測，可以得到它們毫角秒尺度的射電輻射強度圖和偏振圖，并獲得旋轉量分布，進而研究其射電結構、內稟的偏振情況和磁場結構，并分析噴流與介質的相互作用。本文采用的哈勃常數(shù)H0=71 km·s-1·Mpc-1，物質密度參數(shù)Ωm=0.27，暗能量密度參數(shù)ΩΛ=0.73。

1 觀測與數(shù)據(jù)處理

2004年2月25日，我們利用VLBA的10面天線對一系列射電源進行觀測，源0400+258便是其中之一，觀測代碼為BZ031。采用雙偏振模式，觀測頻段為5 GHz和8 GHz，為獲得目標源的旋轉量RM分布，5 GHz分為4.6 GHz和5.0 GHz兩個頻段，8 GHz分為7.9 GHz和8.8 GHz兩個頻段，每個頻段分為4個中頻，每個中頻有16個通道，通道帶寬為8 MHz，1 bit量化。源0400+258每個頻段的累計觀測時長約為23 min，總共觀測了約1.5 h。觀測數(shù)據(jù)由位于美國索科里(Socorro)的FX架構相關處理器進行相關，輸出UVFITS數(shù)據(jù)用于后續(xù)處理[14]。

參照AIPS (astronomical image processing system) 軟件包的使用說明[15]，利用AIPS對觀測數(shù)據(jù)進行了處理，首先進行數(shù)據(jù)編輯、幅度預校準、視差角校準、帶通校準、儀器相位校準和條紋擬合等步驟，然后將數(shù)據(jù)進行平均，再應用校準和編輯數(shù)據(jù)，然后自校準和成圖。之后利用源DA193進行設備偏振(D-term)改正，并利用源1308+326進行絕對偏振位置角改正(引用 VLBA/VLA 偏振角校準網(wǎng)站：http:∥www.aoc.nrao.edu/～smyers/calibration/)，獲得偏振分布圖，并通過AIPS軟件包中RM任務得到源旋轉量RM分布圖。

2 結果和分析

通過數(shù)據(jù)處理，得到了目標源0400+258在4個觀測頻率的總流量和偏振觀測結果。使用AIPS的JMFIT命令對目標源進行高斯擬合，得到了模型擬合結果，見表1。

2.1 流量結構與偏振

圖1(a)和1(b)分別為5.0 GHz和7.9 GHz觀測頻率疊加在輻射強度圖上的偏振矢量分布圖(1 mas=8.43 pc)。

該源呈現(xiàn)單側核—噴流結構。結合表1，在5.0 GHz觀測頻率上，源流量結構主要由射電核心區(qū)域C和噴流上的節(jié)點J1組成，輻射流量分別占總流量的85.13%和14.87%，噴流向東北方向延伸。本次得到的射電結構符合已有的觀測結果[5]，比較穩(wěn)定。7.9 GHz觀測頻率的圖像展示了更詳細的結構，主要由射電核C、噴流J2和節(jié)點J1組成，輻射流量分別占總流量的93.23%、3.93%和2.84%。節(jié)點可能是噴流與周圍介質相互作用的結果。

本研究首次得到了源0400+258在5 GHz和8 GHz頻段的毫角秒尺度偏振結構，偏振矢量1 mas=3.125 mJy/beam。各個觀測頻率的偏振觀測結果見表1。結合表1和圖1，該源的偏振流量集中在射電核區(qū)域，射電核之外的區(qū)域偏振流量值小于3σ，有較大的不確定性。8 GHz頻段的偏振流量值比5 GHz頻段稍高，但各個頻率處偏振度均為1%左右，比較低，而噴流區(qū)域未觀測到明顯的偏振輻射。推測它們周圍有較濃密的介質，產生較強的消偏振效應，而有限的分辨率也可能造成低偏振度觀測結果。

表1 模型擬合結果Table 1 Results of model fitting

圖1 疊加在源0400+258輻射強度圖上的偏振矢量分布圖Fig.1 Distribution of polarization flux density superposed on the contour images of the total intensity of the sources 0400+258

2.2 RM和磁場

受介質影響，源偏振輻射的偏振角會發(fā)生改變，使觀測得到的偏振角χobs不等于源輻射內稟的偏振角χ0，并與觀測波長λ有關，它們之間的關系為

χobs=χ0+RMλ2.

(1)

利用AIPS的RM任務和4個觀測頻率偏振矢量分布，首次得到該源毫角秒尺度旋轉量RM值分布，見圖2。在本次觀測頻段上，銀河系內介質產生的旋轉量可以忽略[16]。源0400+258的旋轉量RM集中在射電核靠近噴流處3 mas×4 mas范圍內。RM的峰值位于距射電核約2 mas處，靠近噴流，峰值為564.8 rad/m2，并沿噴流方向減少至-5.4 rad/m2，存在分布梯度，推測偏振旋轉量主要由源周圍的介質產生。而RM值在垂直于噴流方向上存在明顯的梯度，RM值從東南側的238.8 rad/m2增長至西北側的564.8 rad/m2，與Asada等[17]得到的類星體0836+710垂直于噴流方向的RM值分布情況類似，可能存在螺旋狀的磁場結構。

輻射強度圖的參數(shù)同圖1圖2 疊加在5.0 GHz的輻射強度圖上的RM分布圖Fig.2 Distribution of RM superposed on the contour images of the total intensity at 5.0 GHz with the same parameters as Fig.1

對于核-噴流結構的活動星系核，射電核一般認為是光學厚的[5]。根據(jù)5 GHz和8 GHz的輻射強度圖，得到了偏振區(qū)域的射電頻譜的譜指數(shù)分布，為0.13～0.77，且偏振區(qū)域集中于核區(qū)，偏振度為1%左右，比較低，由此認為偏振區(qū)域是光學厚的[5-6,16-19]。對于光學厚區(qū)域，磁場方向與輻射偏振方向平行[5,16-18]。由此根據(jù)得到的RM分布，移除介質干擾，得到了該源毫角秒尺度的內稟磁場結構，見圖3。圖3顯示磁場主要集中在射電核靠近噴流的部分，方向大致與噴流方向平行，并在接近噴流處有明顯的轉向，傾向于沿著噴流方向。與Hovatta等[5]和Hutchison等[16]對射電源0836+710磁場結構的討論類似，磁場方向與噴流方向平行可能表明周圍介質對源有該方向的作用力，源周圍的等離子體介質在噴流方向上被壓縮，增強了該方向上的磁場。

輻射強度圖的參數(shù)同圖1圖3 疊加在5.0 GHz的輻射強度圖上的內稟磁場分布圖Fig.3 Distribution of intrinsic magnetic field superposed on the contour images of the total intensity at 5.0 GHz with the same parameters as Fig.1

3 結論

通過5 GHz和8 GHz的VLBI偏振觀測，對目標源0400+258的射電結構、偏振性質以及磁場結構進行了研究。該源呈單側核-噴流結構，有較大尺度的節(jié)點結構，射電核的輻射流量占主導。射電結構大體符合以往的觀測結果，較穩(wěn)定。

本研究首次得到源0400+258的5 GHz和8 GHz頻段毫角秒尺度的偏振結構。偏振輻射集中在射電核區(qū)域，8 GHz頻段偏振流量比5 GHz頻段大，但偏振度相近，均為1%左右，偏振度比較低。文獻[1-2]在收集了一系列CSS源和GPS源的偏振觀測結果后指出在5 GHz觀測頻段上這兩類源的偏振度一般較低，并指出低觀測頻段上產生低偏振度結果的原因可能是有限的分辨率或周圍濃密介質產生的消偏振效應。Dallacasa等[20]也得到了類似的低偏振度結果。本次研究的低偏振度觀測結果符合他們的結論。

本次得到的該源毫角秒尺度旋轉量RM分布，在與噴流平行和垂直的兩個方向上都存在分布梯度，RM可能主要由源周圍介質產生，并可能存在螺旋狀的磁場。通過偏振區(qū)域所處的位置，結合其射電頻譜的譜指數(shù)分布以及低偏振度的觀測結果，判斷該區(qū)域為光學厚，磁場方向與偏振方向平行。通過得到的RM分布，移除介質的影響，得到了該源毫角秒尺度的磁場結構，其方向大致沿著噴流方向，反映了當?shù)貒娏鞯牧鲃臃较蚝湍芰枯斔颓闆r。更高頻段的偏振觀測將有助于進一步研究目標源的內部結構和更詳細的磁場結構。

此研究使用了美國甚長基線陣VLBA的觀測數(shù)據(jù)，VLBA屬于美國射電天文臺 (NRAO) ，由美國聯(lián)合大學管理，美國國家自然科學基金(NSF)資助。在數(shù)據(jù)處理過程中使用了軟件包AIPS，由美國國立射電天文臺提供。