特殊BLLac型天體的VLBI觀測研究*

吳忠祖，蔣棟榮，顧敏峰，劉 怡

(1.貴州大學理學院，貴州 貴陽 550025;2.中國科學院上海天文臺，上海 200030)

活動星系核(Active Galactic Nuclei，AGN)是一類有著劇烈活動現(xiàn)象的天體，存在于活動星系的中心。BL Lac型天體是一類特殊的活動星系核，屬于低光度的一類射電源，特點是發(fā)射線比較暗弱，具有從射電到X射線甚至伽瑪射線全波段的電磁輻射。根據(jù)活動星系核統(tǒng)一模型［1］，BL Lac型天體被認為是低光度的射電星系，一般指FR I型射電星系，二者的區(qū)別僅僅在于噴流與視線方向的夾角不同，BL Lac型天體的噴流與視線方向的夾角比較小，集束效應非常強。

BL Lac型天體早期一般是通過射電或X射線巡天發(fā)現(xiàn)的，通過射電巡天發(fā)現(xiàn)的叫射電選BL Lac型天體(RBLs)，通過X射線巡天發(fā)現(xiàn)的叫X射線選BL Lac型天體(XBLs)。然而這種根據(jù)探測波段的分類方法不能反映本身的物理性質(zhì)，隨著多波段巡天靈敏度的提高，很多BL Lac型天體既是RBLs又是XBLs。Padovani［2］等1995年建議通過這些天體的同步輻射峰值頻率分類，分為低輻射峰值頻率源(LBLs)，中間輻射峰值頻率源(IBLs)，以及高輻射峰值頻率源(HBLs)。

不同峰值頻率BL Lac型天體存在著性質(zhì)上的差異，其中包含了視角模型(認為這種不同峰值頻率是由于它們的視角不同造成的)以及Blazar序列［3］。天體的光度越高，它們內(nèi)部電子具有更大概率損失能量，受到冷卻效應越明顯，所以它們的輻射峰值頻率向低處移動。

目前關于不同類型BL Lac天體的區(qū)別主要是Blazar序列，不過面臨很多質(zhì)疑，其中文［4］認為Blazar序列有很多不合理之處。不同類型BL Lac型天體的區(qū)別與聯(lián)系需要更多的觀測與理論支持。而VLBI是一種有效的手段，通過VLBI觀測可以得到BL Lac型天體的射電結(jié)構、偏振方向，估計核的亮溫度，結(jié)合X射線輻射流量可以約束多普勒因子的大小，利用多波段VLBI觀測可以研究致密核區(qū)與噴流結(jié)構的頻譜，多歷元的VLBI觀測可以得到噴流致密結(jié)構分量的運動，另外如果能夠得到BL Lac型天體的多普勒因子，就可以研究噴流與視線方向的夾角，所以VLBI是研究BL Lac型天體結(jié)構及性質(zhì)的重要手段。

1 BL Lac型天體VLBI觀測背景介紹

目前對BL Lac型天體的VLBI觀測主要是針對射電流量比較高的低峰值頻率BL Lac型天體以及一些具有特殊性質(zhì)的其他類型BL Lac型天體，具體結(jié)果如下。

VLBI的觀測顯示大部分的低峰值頻率BL Lac型天體具有視超光速運動［5］，而TeV BL Lac源(大部分是高峰值頻率BL Lac型天體)具有弱的相對論運動［6－8］。文［9］作者觀測了15個高峰值頻率BL Lac型天體，其中3個BL Lacs來自于RGB樣本，他們發(fā)現(xiàn)高峰值頻率BL Lac型天體與大部分低峰值頻率BL Lac型天體一樣，在秒差距尺度上具有核－噴流結(jié)構，在千秒差距尺度上有一定的彌散。另外，高峰值頻率BL Lac型天體的噴流一般比較準直，似乎表明高峰值頻率BL Lac型天體的噴流本身就比較準直或者是他們的視角比較大。文［10］選擇了30個紅移比較低的BL Lac型天體進行了VLBI觀測，觀測結(jié)果顯示大部分高峰值頻率BL Lac型天體的秒差距尺度與千秒差距尺度的噴流方向基本是一致的。高峰值頻率BL Lac型天體的噴流具有很少的彎曲和彌散，被認為是比低峰值頻率BL Lac型天體具有更大的視角。另外在RGB樣本［11］中選擇了7個BL Lac型天體進行了VLBI多波段觀測研究，這其中有3個為中間峰值頻率BL Lac型天體，其余的為高峰值頻率BL Lac型天體，研究結(jié)果得到了它們的自行信息，部分源存在視超光速現(xiàn)象，不過相對于一些典型的低峰值頻率BL Lac型天體，它們的視超光速還比較小。總體來說具有高分辨率VLBI觀測的BL Lac型天體的數(shù)量還不是很多，對于研究不同類型BL Lac天體在射電結(jié)構以及輻射性質(zhì)方面的差異以及不同能譜分布形成的原因，還需要進一步的對高峰值頻率BL Lac型天體、極高峰值頻率BL Lac型天體以及一些具有特殊性質(zhì)的BL Lac型天體進行射電觀測研究。

2 IBLs的射電結(jié)構研究

文［11］作者從ROSAT X射線巡天觀測中得到了127個BL Lac型天體，通過研究發(fā)現(xiàn)這些樣本的BL Lac型天體的性質(zhì)介于典型的射電選BL Lac型天體以及X射線選BL Lac型天體之間。

在這些樣本中選擇了7個源進行VLBI觀測見表1，發(fā)現(xiàn)了如下結(jié)果 (詳見文［12］):

(1)觀測的7個BL Lac型天體的噴流在秒差距與千秒差距尺度上噴流的方向變化較小，更傾向于準直的噴流，這個結(jié)果與典型的高峰值頻率BL Lac型天體比較類似，一般認為這些源的噴流與視線方向的夾角較大造成的。

(2)擬合了3個BL Lac型天體的分量的運動，發(fā)現(xiàn)其中兩個存在視超光速運動，2.4c與5.6c，并且發(fā)現(xiàn)源中的不同分量視速度也不同，隨著距核距離的增大而增大。

(3)利用同步自康普頓模型以及均分模型方法計算得到的多普勒因子偏小(見表1)，說明這兩種計算多普勒因子的模型都存在一定的局限性，對于中間峰值頻率BL Lac型天體并不適合。

表1 VLBI觀測結(jié)果信息Table 1 A summary of our VLBI observational results

3 UHBLs的射電結(jié)構研究

文［13］提出了可能存在峰值頻率比較高的一類BL Lac型天體，它們的峰值頻率遠高于一般的高峰值頻率BL Lac型天體，有的甚至logν_peak＞19，這些源被稱為極高峰值頻率BL Lac型天體(ultrahigh-energy synchrotron peak BL Lacs，UHBLs)。極高峰值頻率BL Lac型天體的同步輻射峰值頻率大于100 keV，極有可能在伽瑪波段看到同步輻射產(chǎn)生的成分［14－15］。通過對大樣本BL Lac型天體的多波段數(shù)據(jù)擬合得到了22個極高峰值頻率BL Lac型天體。利用歐洲VLBI網(wǎng)對其中9個峰值頻率logν_peak＞20的源進行VLBI觀測，發(fā)現(xiàn)這些源具有單邊噴流結(jié)構，并存在一定的偏振，初步結(jié)果見圖1。利用EVN、Merlin等對極高峰值頻率BL Lac型天體的研究，目前正在做進一步的分析。

圖1 UHBLs的VLBI偏振結(jié)果圖Fig.1 VLBI contour maps of two UHBLs(indicating polarization)

4 具有X射線噴流的BL Lac型天體的射電觀測研究

X射線噴流通常在噴流與視線方向夾角較大的FR I與FR II型射電星系中發(fā)現(xiàn)，對于BL Lac型天體一般認為由于它們噴流的方向與視線方向的夾角比較小，很難被發(fā)現(xiàn)，到目前為止只有4個BL Lac型天體被觀測到存在千秒差距尺度的X射線噴流，包括1ES2007+77、PKS0521－365、PKS2201+044、3C 371［16］。其中一個源PKS0521－365的噴流視角在文［10］中已經(jīng)給出了一定的討論，對1ES2007+77的噴流視角也有了一定的分析，具體如下。

PKS0521－365是一個EGRET源，這個源同時具有光學與射電噴流，與鄰近射電源M87的噴流比較像，千秒差距尺度射電噴流與光學噴流有很好的重合，這個源沒有視超光速運動，在秒差距與千秒差距尺度上噴流的方向非常準直，證明這個源的噴流與視線方向的夾角比較大［10］。

利用EVN觀測數(shù)據(jù)對2007+77進行了觀測研究［17］，主要是由于這個源具有混合FR I與FR II的噴流性質(zhì)，具有很強的光變，是一個日內(nèi)光變源(IDV)，通過能譜擬合也發(fā)現(xiàn)這個源是一個低峰值頻率BL Lac型天體［15］。這些現(xiàn)象都說明這個源可能具有比較大的多普勒增亮因子，噴流方向與視線方向的夾角比較小。通過研究發(fā)現(xiàn)秒差距與千秒差距尺度噴流的方向有10°～20°的偏折。另外利用EVN射電結(jié)構得出的關于這個源的亮溫度大約1011.2～1011.8，假設均分亮溫度為5×1010K，相應的多普勒因子為3.2～12;另外在1.6 GHz與5 GHz分別發(fā)現(xiàn)了核區(qū)存在光變，得出了光變亮溫度為1013.6K以及1014.0K，相應的多普勒因子為9.3與12.4。這些現(xiàn)象以及數(shù)據(jù)反映了這個源具有較強的多普勒增亮效應，噴流與視線方向的夾角比較小，而又存在大尺度的噴流，說明這個源本征的噴流尺度應該是比較大的。

5 總結(jié)

給出了關于特殊BL Lac型天體的一些研究結(jié)果以及目前的一些進展，包含中間峰值頻率BL Lac型天體、極高峰值頻率BL Lac型天體以及具有X射線噴流的BL Lac型天體。隨著多波段天文觀測設備性能越來越好，相應的天文觀測數(shù)據(jù)越來越多，將會發(fā)現(xiàn)越來越多的具有特殊性質(zhì)的BL Lac型天體，而VLBI是目前唯一的高分辨率觀測手段，在BL Lac型天體的研究中也將發(fā)揮越來越重要的作用。

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