活動星系核光變周期的Jurkevich方法研究

摘要：活動星系核在天體物理研究領(lǐng)域中有著舉足輕重的地位，本文首先介紹了活動星系核的光變，又介紹了Jurkevich方法研究活動星系核的光變周期的原理。本文選取了由OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測到的，以源J0004+4615、J0739+0137為例的多個活動星系核為研究目標(biāo)，并使用Jurkevich方法對所選取的源進(jìn)行統(tǒng)計與分析，得到在Jurkevich圖中最低點即該源的大致周期。

關(guān)鍵詞：活動星系核；光變周期；Jurkevich方法

1、引言：

活動星系核以其高光變、高偏振等極端性質(zhì)成為現(xiàn)代天體物理學(xué)中最活躍的分支學(xué)科之一[1]?；顒有窍岛说墓庾兪侵柑祗w的輻射流量隨時間的變化，包括連續(xù)譜的光變和發(fā)射線的光變[2][3]。通常情況下指的是連續(xù)譜的光變，輻射區(qū)域外的物理環(huán)境的變化與輻射介質(zhì)的變化、輻射區(qū)域內(nèi)部物理條件和結(jié)構(gòu)的變化、輻射過程的改變都可以通過光變現(xiàn)象來反映。光變是活動星系核最重要的特性之一，各個觀測波段上，都能探測到活動星系核的光變，且光變時標(biāo)從幾天到年，將活動星系核的光變分成短時標(biāo)（小時、天）光變，中等時標(biāo)（月）光變和長時標(biāo)光變（年）。

不同時標(biāo)的產(chǎn)生原因可能存在差異，長時標(biāo)的周期性可能與S-型有限循環(huán)的熱粘滯不穩(wěn)定性[6]有關(guān)，或與活動星系核的超大質(zhì)量雙黑洞的周期性的軌道運動有關(guān)[4][5]；中等時標(biāo)的周期性光變可能是因為螺旋噴流[7][8]；而短時標(biāo)光變可能在活動星系核中靠近超大質(zhì)量黑洞的附近產(chǎn)生。

2、Jurkevich方法研究活動星系核的光變周期

考慮一個有N個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)樣本，記單個觀測值為Xi，樣本總平均值為X，總離差平方和為V2，總方差為S2，這些量由以下公式給出：

假設(shè)分成個m組數(shù)據(jù)樣本，則以下公式給出了第l組相對應(yīng)的統(tǒng)計量：

其中ml是第l組的觀測值的個數(shù)，則m個組各自的總離差平方和的總和為：

顯然有Vm2Vm2；若各組的平均值完全相同，則V2=Vm2。V2與Vm2的差值為：

在周期分析中，先假設(shè)周期為P，稱為試驗周期，將所有觀測數(shù)據(jù)按各自所在的相位區(qū)間分為m個組，計算出每個組的總離差平方和Vl2，再將它們相加得到Vm2。對于給定的要分析周期的數(shù)據(jù)樣本，V2不隨試驗周期P變化，而Vl2和Xl則對P的變化很敏感。當(dāng)試驗周期不是真實周期時，V_BG^2相對于V2很小。當(dāng)試驗周期與真實周期接近時，各組的平均值Xl變的差異很大，VBG2變的比Vm2大許多，也就是說Vm2相對于V2減小了。事實證明，當(dāng)測試周期等于真實周期時，Vm2也是其最小值[9]。測試周期P在一定的范圍內(nèi)等間隔地取值，計算出對應(yīng)的Vm2，做Vm2-P圖，圖中Vm2極小值位置就對應(yīng)著周期值。

對于統(tǒng)計漲落可使圖像出現(xiàn)極小值的情況，Kidger等人于1992年在文[10]中給出了估計Vm2圖中周期的真實性的f判據(jù)：

其中Vm2是歸一化的值。在歸一化的Vm2-P圖中，若Vm2=1，即f=o，則樣本數(shù)據(jù)沒有表現(xiàn)出周期性；若f ≥ 0.5，則表明樣本數(shù)據(jù)有很強(qiáng)的周期性，若f< 0.25，則表明樣本數(shù)據(jù)可能有弱的周期性[11]。

3、數(shù)據(jù)處理與分析

OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡所處頻率為15GHz，于2007年開始新的研究活動，每周監(jiān)測超過1800個閃耀約兩次。本文使用數(shù)據(jù)處理軟件Matlab將0VRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到與之對應(yīng)的Jurkevich方法圖。選取通過目標(biāo)源光變原圖與Jurkevich圖進(jìn)行對比，找到AGN大致周期與誤差，然后選取通過OVRO 40m望遠(yuǎn)鏡觀測到的源的名稱、類型、赤經(jīng)和赤緯等參量。

相關(guān)參量（部分）如表1所示：（1）目標(biāo)源；（2）周期；（3）誤差；（4）赤經(jīng)；（5）赤緯；（6）類型。

由于數(shù)據(jù)量很大，本文選取了經(jīng)過統(tǒng)計分析對比后具有代表性的兩個源的圖，其中，圖1與圖3分別表示的是J0004+4615、J0739+0137兩個源的光變原圖，而圖2與圖4分別表示的是通過數(shù)據(jù)處理分析的J0004+4615、J0739+0137兩個源所對應(yīng)的Jurkevich方法圖。

圖1：J0004+4615光變原圖

圖2：J0004+4615的Jurkevich方法圖

圖3：J0739+0137光變原圖

圖4：J0739+0137的Jurkevich方法圖

以上就是結(jié)果中得到的規(guī)律明顯，并且周期清晰的光變原圖與Jurkevich方法圖。從Jurkevich方法圖中可以看出：J0004+4615、J0739+0137兩個源的周期分布與其觀測到的周期分布是一致的。通過Jurkevich方法對OVRO40m望遠(yuǎn)鏡觀測到的AGN光變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在Jurkevich圖中得到了最低點即該星體的大致周期。本次探究中體現(xiàn)了Jurkevich方法在處理離散不規(guī)則散點數(shù)據(jù)方面具有不可小覷的優(yōu)勢。

4、總結(jié)與展望

在活動星系核的研究中，周期性的光變現(xiàn)象往往代表著天體存在著軌道、轉(zhuǎn)動與震動等運動，通過這些運動的存在我們可以標(biāo)出天體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，這也是目前在活動星系核觀測和輻射機(jī)理研究中活動星系核的周期性光變特性顯得尤為重要的原因。

一般由于活動星系核光變的觀測時間跨度長、望遠(yuǎn)鏡未觀測到光變或目標(biāo)源處于平靜期，使得觀測到的數(shù)據(jù)一般都很離散，對其光變周期的研究變得困難。本文通過Jurkevich方法對OVRO40m望遠(yuǎn)鏡觀測到的AGN光變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了Jurkevich圖中最低點即該源的大致周期。從而體現(xiàn)了Jurkevich方法是處理離散不規(guī)則散點數(shù)據(jù)方面的很有效的方法。

參考文獻(xiàn)：

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[11]Zhang X，Xie G Z，Bai J M.AcApSn，1998，18（3）：260.

作者簡介：曹婷婷，貴州省貴陽市貴州大學(xué)，物理學(xué)院物理與天文系。