射電噪活動星系核的γ射線探測

劉振闊，吳忠祖，趙慶飛，曹婷婷

(貴州大學 理學院，貴州 貴陽 550025)

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射電噪活動星系核的γ射線探測

劉振闊*，吳忠祖，趙慶飛，曹婷婷

(貴州大學 理學院，貴州 貴陽 550025)

本文通過交叉分析542個河外射電源樣本，利用最新的費米LAT目錄(3FGL)收集了80個相應(yīng)的γ射線源，并調(diào)研了其多個參量之間的關(guān)系;所有的參數(shù)是直接觀測所得或者是來源于相關(guān)文獻。與非費米源相比，費米源的核主導參數(shù)平均值更大，紅移反而更小。對于AGNs和星系來說，在固定的紅移之下，費米源比非費米源有更高的本征的射電核流量。結(jié)果表明，費米源比非費米源有更加致密的結(jié)構(gòu)；γ射線發(fā)射要受到噴流集束效應(yīng)強有力的影響，核主導參數(shù)與多普勒因子是γ射線探測的重要指標。非費米源可能是由于更低的本征的射電核流量，或者是更低的本征的γ射線流量，這使得非費米源很難被費米LAT觀測到。

活動星系核；γ射線光度；γ射線流量

Blazar天體是最為激烈的活動星系核(AGNs)成員，具有快速光變，明顯的超光速運動等特點，它的噴流方向和我們視線的夾角非常小，也是活動星系中最為耀眼的天體。

河外射電源中起主導作用的就是活動星系核(AGNs)，它的噴流可以用相對集束模型很好的去解釋，在這個模型中，發(fā)射是由兩部分所組成的，即增量部分和延展部分，文[1]用這兩部分的比值來計算核主導參數(shù)的大小。文[2]收集了542個河外射電源，計算了其核主導參數(shù)，研究了不同參量之間的相關(guān)性。重要的是，核主導參數(shù)也能表明多普勒因子的大小，而多普勒因子又是γ射線探測的重要指針，如多普勒因子能直接地測量噴流集束效應(yīng)的意義。然而，多普勒因子的計算方法多樣，目前還沒有一個統(tǒng)一的較好的計算方法，要得到比較準確的多普勒因子的值也是比較困難的，因此，一個可靠的計算多普勒因子的方法是學習活動星系核(AGNs)發(fā)射機制的重要手段。

高能量的γ射線是宇宙中極為重要的輻射探針，γ射線和其它不同波段之間的關(guān)系能夠為γ射線發(fā)射機制提供相當重要的線索。自從2008年費米衛(wèi)星的發(fā)射成功，我們走進了一個新的Blazar探究的領(lǐng)域。2008年7月，大面積的費米望遠鏡開始運行，幾乎每三個小時瀏覽一次全天空的γ射線輻射，目前，費米衛(wèi)星已成功探測到了成百上千的Blazar天體。最新的數(shù)據(jù)是費米LAT第三目錄(3FGL)，數(shù)據(jù)庫更新于2015年1月15日，這是自2008年8月4日至2012年7月31這段時間內(nèi)的觀測總結(jié)，數(shù)據(jù)頻率范圍為100 MeV至300 GeV。

1　數(shù)據(jù)及其處理

本文選取了文[2]中542個河外射電源的核主導參數(shù)R(27個BL，215個類星體，300個星系)，這些源不僅在1.4 GHz有總流量(單位：WHz-1)，而且在5 GHz有核流量。從這些源中，我們利用2015年公布的最新的費米LAT目錄(3FGL)，通過交叉分析，得到了相應(yīng)的80個γ射線源，這為我們研究費米源和非費米源之間不同的特性提供了很好的樣本。

總之，我們選取了542個河外射電源樣本，包含80個費米源(22個BL，44個類星體和14個星系)和462個非費米源(5個BL，171個類星體和286個星系)。

表1　費米源的相關(guān)參量

2　結(jié)果

2.1核主導參數(shù)和紅移的分布

源FAGNs和NFAGNs的核主導參數(shù)R的柱狀分布圖如圖1、2所示，圖1為譜指數(shù)αE=0.5的情形，圖2為譜指數(shù)αE=1.0的情形。由圖可知，對于不同的譜指數(shù)，相同源的核主導參數(shù)R的柱狀分布圖是不同的。同時，對于相同的譜指數(shù)，F(xiàn)AGNs的核主導參數(shù)LogR平均比NFAGNs的大。在這里我們僅考慮αE=0.5這種情形，F(xiàn)AGNs的核主導參數(shù)LogR=-0.15±0.80，NFAGNs的為LogR=-1.14±0.89，通過K-S檢驗可得，F(xiàn)AGNs和NFAGNs的核主導參數(shù)R的分布是有意義的不同(P～10-17)。

圖1　對于αE=0.5時核主導參數(shù)R的分布圖

圖2　對于αE=1.0時核主導參數(shù)R的分布

源FAGNs和NFAGNs的紅移z的柱狀分布圖如圖3所示，對于FAGNs，紅移z的分布范圍為0.001

圖3　源FAGNs和NFAGNs的紅移z的柱狀圖分布

2.2多普勒因子與γ射線光度、γ射線流量之間的關(guān)系

多普勒因子的計算方法比較多，一個可靠的計算多普勒因子的方法是研究噴流集束效應(yīng)重要的手段。對此，我們研究了多普勒因子δ與γ射線光度Lγ、γ射線流量Sγ之間的關(guān)系，如圖4、5所示。對于多普勒因子δ與γ射線光度Lγ之間，通過Spearman相關(guān)分析，得到了一條明顯的有意義的線性相關(guān)關(guān)系LogLγ=(0.013±0.004)Logδ+1.655±0.004，相關(guān)系數(shù)r=0.45，幾率P>99.5%，如圖4所示。多普勒因子與γ射線流量之間的關(guān)系，如圖5所示，我們也獲得了一條明顯的有意義的相關(guān)關(guān)系LogSγ=(0.5±0.2)Logδ-10.8±0.2，相關(guān)系數(shù)r=0.41，幾率P>98%。

圖4　多普勒因子δ與γ射線光度Lγ之間的關(guān)系圖

圖5　多普勒因子δ與γ射線流量Sγ之間的關(guān)系

2.3峰值頻率與γ射線光度、γ射線流量之間的關(guān)系

文[6]第一次提出對于Blazar天體同步峰值頻率和功率成一定的反比關(guān)系。這里，我們研究了峰值頻率υpeak與γ射線光度之間的關(guān)系，通過Spearman相關(guān)分析，得到了一條明顯的有意義的線性反相關(guān)LogLγ=(-0.11±0.04)LogP+1.79±0.05，相關(guān)系數(shù)r=-0.24，幾率P>95%，如圖6所示。同時，我們也探求了峰值頻率與γ射線流量Sγ之間的關(guān)系，但是，在這兩者之間沒有找到相應(yīng)的相關(guān)性。

圖6　峰值頻率與γ射線光度之間的關(guān)系

2.4射電核流量與γ射線探測

為了進一步研究費米源與非費米源之間不同的特性，這里我們調(diào)研了在固定紅移之下費米源與非費米源射電核流量之間的不同。對于所有的費米源與非費米源在固定紅移之下射電核流量的比較，如圖7所示，我們得到了一個非常有意義的結(jié)果，在固定的紅移之下，費米源的射電核流量比非費米源的大。同時，對于費米源星系與非費米源星系，在固定的紅移之下，費米源星系的射電核流量比非費米源星系的大，如圖8所示。但是，對于其它費米源的子類，如BL Lacs、類星體，沒有找到這樣的結(jié)果，可能是BL天體和類星體費米源的數(shù)目有限，或者是本征的紅移和射電核流量的影響所造成的，也有可能是BL天體和類星體它們本身就沒有這樣的關(guān)系，這還待以后尋找更多的費米源去進一步的研究。

圖7　AGNs在固定的紅移之下射電核流量的比較

圖8　星系在固定的紅移之下射電核流量的比較

3　分析及結(jié)論

通過核主導參數(shù)的比較，費米源的核主導參數(shù)R平均比非費米源的大，結(jié)果表明核主導參數(shù)在γ射線發(fā)射與探測中發(fā)揮著相當重要的作用，γ射線發(fā)射受到噴流集束效應(yīng)強有力的影響。對于紅移z的分布，NFAGNs的紅移比FAGNs的小，這表明FAGNs遠離我們的速度還要比NFAGNs快。同時，我們也得到了一些參量之間有趣的相關(guān)性，比如，關(guān)于多普勒因子與γ射線光度、流量之間的關(guān)系，結(jié)果表明，多普勒因子同樣是γ射線探測的主要探針之一，噴流集束效應(yīng)直接影響著γ射線的發(fā)射。圖6展現(xiàn)了峰值頻率υpeak與γ射線光度之間明顯的反相關(guān)性，這個結(jié)果和blazar序列是一致的。

為什么有些源已經(jīng)被費米LAT探測到γ射線的輻射，而有些源沒有被探測到，目前這是一個非常熱的話題，有很多文章也對這個問題做了大量的研究，如文[3]收集了170個BL天體(100個FBLs，70個NFBLs)，分析和研究了FBLs和NFBLs多個參量之間的關(guān)系；文[7]收集了224個blazar天體，比較和分析了費米源與非費米源多個參量之間的聯(lián)系。我們也比較了費米源與非費米源一些重要參量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)費米源比非費米源有更加致密的結(jié)構(gòu)；核主導參數(shù)是費米探測的一個重要指標，射電源的核主導參數(shù)越大，γ射線探測到的幾率將更高。其次，費米源的多普勒因子與γ射線光度、流量成一定的正相關(guān)，γ射線的發(fā)射與多普勒因子有著密不可分的關(guān)系，多普勒因子越大，γ射線被費米探測到的幾率就越高，沒有探測到γ射線的非費米源有可能就是因為較小的多普勒因子，或者是比較弱的集束效應(yīng)所造成的。

從圖7，8我們可以看到，在固定的紅移之下，費米源比非費米源有更高的本征的射電核流量，結(jié)果表明，費米源比非費米源有更高的本征的射電核流量，同時，文[3]發(fā)現(xiàn)射電核流量和γ射線流量之間有著非常強的正相關(guān)，這樣，非費米源比費米源不僅有更低的本征的射電核流量，而且有更低的本征的γ射線流量，導致非費米源沒有被費米望遠鏡探測到；也有可能非費米源根本沒有內(nèi)在的γ射線發(fā)射，或者至少是相當微弱，使得非費米源很難被費米LAT觀測到。

[1] Orr M J L，Browne I.Relativistic beaming and quasar statistics[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，1982，200(1):1067-1080.

[2] Fan J H，Zhang J S.The core dominance parameter of extragalactic radio sources[J].Astronomy and Astrophysics，2003，407(1):899-904 .

[3] Wu zhong zu，Gu F M，.Why are some BL Lacs detected by Fermi，but others not?[J].Research in Astronomy and Astrophysics，2014，631(1):631-762.

[4] Hovatta T，Valtaoja M.Doppler factors， Lorentz factors and viewing angles for quasars， BL Lacertae objects and radio galaxies[J].Astronomy and Astrophysics，2009，494(2):527-537.

[5] Mei dong-cheng，Xie guang-zhong.Doppler-Boosting Effect on the Fluxes of Active Galactic Nuclei[J].Publications of the Astronomical Society of Japan，1999，51(1):579.

[6] Fossati G，Maraschi L.A unifying view of the spectral energy distributions of blazars[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，1998，299(2):433-448.

[7] Xiong ding rong，zhang xiong.Basic properties of Fermi blazars and the blazar sequence[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2015，450(4):3568-3578.

(責任編輯：曾晶)

Research on the γ-ray Detection of Active Galactic Nuclei(AGNs)

LIU Zhenkuo*， WU Zhongzu， ZHAO Qingfei， CAO Tingting

(College of Science， Guizhou University， Guiyang 550025， China)

80 radio sources with corresponding γ-ray emissions were identified by cross-correlating an archive of 542 extragalactic radio sources with the latest data release (Third Source Catalog 3FGL) by the Fermi LAT， and the correlations between multiple parameters were investigated; all the parameters were collected from available literature. Compared with non-Fermi sources， the Fermi sources have larger mean R values and smaller redshifts. For AGNs and galaxies， the Fermi sources have systematically larger radio flux than the non-Fermi counterparts at a given redshift. The results indicate that Fermi sources should be more compact and the strong beaming effect is vital for γ-ray emission， and that the core dominance parameter and Doppler factor are important probes for γ-ray detections. The non-Fermi sources are likely due to low intrinsic radio flux or the low intrinsic γ-ray flux or both， making them very difficult to be observed by Fermi LAT.

active galactic nuclei; γ-ray luminosity; γ-ray flux

A

1000-5269(2016)03-0039-05

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.03.11

2016-03-14

國家自然科學基金項目(11163002)；國家自然科學基金-中國科學院天文聯(lián)合基金項目(U1431111)

劉振闊(1990-)，男，在讀碩士，研究方向：射電天文，Email:zhenkuoliu@163.com.

劉振闊，Email：zhenkuoliu@163.com.

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