Fermi Blazar天體的射電偏振研究

摘 要：由于Blazar 天體的高光度、高偏振、高紅移等極端性特點，對Blazar 天體的研究已成為現(xiàn)代天體物理學研究中最活躍的一個分支。本文選取了1744個射電源的坐標、紅移、峰值頻率、流量等參量，并使用matlab軟件進行了數(shù)據(jù)分析。結(jié)論如下：BL Lac天體偏振分布跨度、偏振度的平均值與中值均比FSRQ和BCU的大。其中，BL Lac天體的偏振度的平均值和中值最大，F(xiàn)SRQ次之，BCU以及其他類型的最??；Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電偏振的偏振角之間沒有相關性；BL Lac天體與FSRQ的射電偏振之間具有一定的相關性，BCU和其他類別的Fermi Blazar天體的射電偏振之間沒有相關性；在不同尺度的Fermi Blazar天體巡天中，同步輻射峰值頻率低的天體，其射電偏振高，而同步輻射峰值頻率高的天體，其射電偏振低。

關鍵詞：Blazar天體；BL Lac天體；FSRQ；射電偏振；偏振強度

中圖分類號：P161.3

文獻標識碼： A

Blazar天體是由平譜射電類星體（FSRQ）與BL Lac天體等組成的一種具有極端性質(zhì)的活動星系核（AGN）。 Blazar 天體以其特殊的性質(zhì)，包括非熱輻射機制、大幅度快速光變、高偏振等，引起了許多研究者的關注[1-3]。然而，在過去的幾十年中，多數(shù)研究人員都關注光學偏振方面的問題，關于射電偏振的研究還很少?，F(xiàn)在很多研究人員已經(jīng)開始了射電偏振方面的研究，并做出很多關于Blazar天體的射電偏振的工作，得出很多有價值的結(jié)果，比如Mao（2016）[4]證實了射電光度和同步輻射峰值頻率之間具有負相關性。M.G.Mingaliev與Yu.V.Sotnikova等人（2015）[5]發(fā)現(xiàn)了來自FSRQ和BL Lac天體，其中包括射電選BL Lac天體和X射線選BL Lac天體的不同分布中的峰值頻率和在4.8 GHz下的光學流量密度之間的關系。對于BL Lac天體來說峰值頻率的分布要比FSPQ的峰值頻率的分布寬很多。Fan（2016）[6]在所有Blazar天體樣本中，得出峰值頻率和峰值光度之間存在負相關性。對于同步輻射峰值頻率高的BL Lac天體，其峰值頻率和峰值光度之間具有顯著的正相關性。對于FSRQ或者同步輻射峰低的BL Lac天體，其峰值頻率和峰值光度之間沒有相關性。

J.D.Linford等人（2012）[1]發(fā)現(xiàn)對于Blazar天體而言，在頻率為5 GHz下VLBA射電流量密度與γ流量關系很大。對于所有的射電源，沒有發(fā)現(xiàn)光學流量和5 GHz下流量密度之間的關系。J.F.Helmboldt等人（2007）[7]發(fā)現(xiàn)了用來說明在噴流中心的噴流方向的電矢量位置角趨向于垂直的重要證據(jù)。Amber L.Iler（1997）[8]表明Blazar天體在1.4 GHz頻率下射電偏振強度大于1%。Jun-Hui Fan（2006）[9]證實了在高射電頻率處比低頻率處的偏振高，并在高射電頻率處比低頻率處的偏振變化高。J.H.Fan（2007、2008）[10][11]也發(fā)現(xiàn)射電偏振在高射電頻率處比低頻率處的變化高很多。J.H.Fan（2006）[12]發(fā)現(xiàn)對于BL Lac天體樣本來說，基于相對論束模型，偏振與亮度的變化關系以及核主導參數(shù)之間的關系，在運用統(tǒng)計學方法與觀察資料進行比較后發(fā)現(xiàn)，他們之間的相關性都是一致的。Yu.S.Efimov（2002） [13]發(fā)現(xiàn)在1994年已觀測到的偏振位置的有明顯的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

在前人研究的基礎上，本文使用大樣本數(shù)據(jù)對Fermi Blazar天體的射電偏振進行研究。主要利用了大尺度VLA NVSS和小尺度VLBA 2 cm的巡天數(shù)據(jù)，計算在不同尺度巡天中Fermi Blazar天體的射電偏振強度與偏振角的分布、射電偏振強度的相關性、同步輻射峰值頻率與射電偏振強度之間的相關性和能量流量與射電流量之間的關系。

1 數(shù)據(jù)收集

選取利用費米LAT大望遠鏡并通過γ射線探測到的1744個射電源作為研究對象，其中包括660個BL Lac天體，484個 FSRQs，573 個BCUs，27個其他類別的Fermi Blazar天體，進而可以研究這1744個射電源的射電性質(zhì)，從而進一步研究Fermi Blazar天體的射電偏振性質(zhì)。選取高能γ射線源檢測到的第三次費米 LAT樣本（3FGL）中的1744個射電源的坐標、類型、能量流量、紅移等，并與J.H.Fan（2003）[14]文章中出現(xiàn)的源進行交叉，然后提取了這些射電源的峰值頻率，接著又選取了由NRAO VLA NVSS巡天探測到的γ流量和偏振流量，最后選取了VLBA巡天探測到的射電源的I流量、Q流量和U流量，并使用天文畫圖軟件進行數(shù)據(jù)分析，從而得出利用VLA NVSS巡天和VLBA 2 cm巡天觀測到的Fermi Blazar天體的射電偏振強度分布與偏振角分布。經(jīng)過統(tǒng)計分析得到在大尺度VLA NVSS巡天與小尺度VLBA 2 cm巡天數(shù)據(jù)統(tǒng)計下的射電偏振強度的相關性、同步輻射峰值頻率與射電偏振強度之間的相關性和能量流量與射電流量之間的關系。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

Fermi Blazar天體各成分包括：BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體，為了研究Blazar天體的射電偏振性質(zhì)，研究了Blazar天體在大尺度VLA NVSS與小尺度VLBA 2 cm巡天數(shù)據(jù)統(tǒng)計下的射電偏振強度、偏振角、峰值頻率、γ流量、偏振流量等射電偏振性質(zhì)之間的關系，將在不同尺度巡天中的射電偏振性質(zhì)進行對比，得出了相一致的結(jié)論。

2.1 第三次Fermi LAT樣本（3FGL）中Fermi Blazar天體樣本源在不同尺度巡天中的射電偏振強度分布

大尺度VLA NVSS和小尺度 VLBA 2 cm巡天中射電偏振強度分布直方圖，從圖中可以得出Fermi Blazar天體中各成分的射電偏振分布有所不同。經(jīng)過對圖1與圖2的統(tǒng)計分析，得出了相應的結(jié)果，結(jié)果統(tǒng)計在表2與表3中。

圖1表示的是Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中偏振分布情況，從圖中可以發(fā)現(xiàn)BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體射電偏振情況。

經(jīng)過對圖1的統(tǒng)計分析，得到了Fermi Blazar天體的各種成分在大尺度VLA NVSS數(shù)據(jù)巡天中偏振分布、偏振度的平均值與中值的結(jié)果：

圖2表示的是Fermi Blazar天體在小尺度 VLBA 2 cm巡天中偏振分布情況，右圖可得BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的射電偏振分布情況。

通過對圖2的統(tǒng)計分析，得到了Fermi Blazar天體的各種成分在小尺度VLBA 2 cm數(shù)據(jù)巡天中偏振分布、偏振度的平均值與中值的結(jié)果：

通過對FermiBlazar天體在不同尺度巡天中射電偏振強度分布的統(tǒng)計與分析，得出BL Lac天體偏振分布跨度、偏振度的平均值與中值均比FSRQ和BCU 的大。其中，BL Lac天體的偏振度的平均值和中值最大，F(xiàn)SRQ次之，BCU以及其他類型的最小。這些結(jié)果表明，F(xiàn)ermi Blazar天體在不同尺度巡天中得到的結(jié)果幾乎一致，F(xiàn)ermi Blazar天體的高偏振更容易被檢測到，考慮到有一些源的輻射機制可能為碰撞而非同步輻射造成，因為碰撞也可能造成小的偏振。

2.2 Fermi Blazar天體在不同尺度下射電偏振強度相關性分析

Blazar天體具有高偏振的極端性質(zhì)，一般認為Blazar天體的偏振度P≥3%[15]。圖3表示的是Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電偏振相關性的散點圖，在圖3中直接將Fermi Blazar天體在大尺度NVSS與小尺度VLBA 2 cm巡天中射電偏振的偏振度進行比較，選取偏振度大于0.3的部分，通過分析得到了Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體在不同尺度下射電偏振的相關性。

通過對圖3的計算分析，得到了Fermi Blazar天體各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電偏振的相關性，BL Lac天體與FSRQ具有一定的相關性、BCU和其他類別的Fermi Blazar天體沒有相關性。

2.3 Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電偏振角分布的相關性分析

圖4統(tǒng)計與分析Fermi Blazar天體在大尺度NVSS與小尺度VLBA 2 cm巡天中射電偏振的偏振角之間的相關性。

通過對圖4的計算分析，得到了Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的射電偏振角的相關性，在不同尺度巡天中射電偏振的偏振角之間沒有相關性。這是由于內(nèi)外區(qū)的轉(zhuǎn)動方向不同，導致了Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電偏振的偏振角之間沒有相關性。

2.4 Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中同步輻射峰值頻率和射電偏振強度分布的相關性分析

圖5和圖6分別表示的是Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS與小尺度VLBA 2 CM巡天中同步輻射峰值頻率與射電偏振強度之間關系的散點圖。由圖可知，不同類型的Fermi Blazar天體的同步輻射峰值頻率與射電偏振強度分布有所不同。

圖5表示的是Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中Fermi Blazar天體各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的同步輻射輻射峰值頻率與角秒尺度下射電偏振強度關系圖。

通過對圖5的統(tǒng)計和分析，得到了Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中各成分的同步輻射輻射峰值頻率的對數(shù)值與射電偏振強度的大概分布范圍與集中分布范圍，如表4所示。

圖6表示的是Fermi Blazar天體在小尺度VLBA 2 CM巡天中Fermi Blazar天體各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的同步輻射峰值頻率與毫角秒尺度射電偏振強度關系圖。

通過對圖6的統(tǒng)計和分析，得到了Fermi Blazar天體在小尺度VLBA 2 CM巡天中各成分的同步輻射峰值頻率的對數(shù)值與射電偏振強度的大概分布范圍與集中分布范圍，如表5所示。

根據(jù)上述統(tǒng)計分析，得出不同類型的Fermi Blazar天體之間的關系不大，同步輻射峰值頻率低的天體，射電偏振高，而同步輻射峰值頻率高的天體，射電偏振低。雖然小尺度VLBA 2 CM巡天數(shù)據(jù)量少，但是所呈現(xiàn)的結(jié)果是一致的。這是因為源的偏振是由于同步輻射所產(chǎn)生的，由于源的樣本的改變，高光度、高峰值頻率源的數(shù)量比較少，可得出外區(qū)與內(nèi)區(qū)所顯示的結(jié)果接近。這些結(jié)果顯示外區(qū)與內(nèi)區(qū)具有微弱的相關性，同時大部分源的偏振比較小，如果不是同步輻射產(chǎn)生偏振，則與同步輻射峰值頻率無關。

2.5 費米Blazar在不同尺度下能量流量和偏振流量的分布

圖7和圖8分別表示的是由γ射線探測到的Fermi Blazar天體在不同尺度巡天中射電源的能量流量與射電偏振流量之間關系的散點圖。

圖7表示的是Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間關系圖。

通過對圖7的統(tǒng)計和分析，得到了Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS數(shù)據(jù)計算下的各種成分的能量流量的對數(shù)值和射電偏振流量的對數(shù)值的大概分布范圍與集中分布范圍，表6顯示了通過統(tǒng)計結(jié)果得出的結(jié)論。

通過上述結(jié)果的統(tǒng)計與分析，得出了Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中Fermi Blazar天體的各種成分的能量流量與射電偏振流量之間的相關性。BL Lac天體、FSRQ以及BCU的能量流量與射電偏振流量之間具有一定的相關性，而其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間沒有相關性。

圖8表示的是Fermi Blazar天體在小尺度VLBA 2 cm巡天中Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間關系圖。

通過對圖8的統(tǒng)計和分析，得到了Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS數(shù)據(jù)計算下的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量的對數(shù)值和偏振流量的對數(shù)值的大概分布范圍與集中分布范圍，表7統(tǒng)計了所得出的結(jié)論。

通過上述結(jié)果的統(tǒng)計與分析，得出了Fermi Blazar天體在小尺度VLBA 2 CM巡天中Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間的相關性。BL Lac天體與的能量流量與射電偏振流量之間具有一定的相關性，F(xiàn)SRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間沒有相關性。

3 結(jié)論

（1）通過Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS和小尺度 VLBA 2 cm巡天中射電偏振強度分布的統(tǒng)計與分析，可以得出BL Lac天體偏振分布跨度、偏振度的平均值與中值均比FSRQ和BCU的大。其中，BL Lac天體的偏振度的平均值和中值最大，F(xiàn)SRQ次之，BCU以及其他類型的最小。

（2）在不同尺度巡天中Fermi Blazar天體的各種成分中， BL Lac天體與FSRQ的射電偏振具有一定的相關性，BCU和其他類別的Fermi Blazar天體的射電偏振沒有相關性。

（3）在不同尺度巡天中Fermi Blazar天體各種成分的射電偏振的偏振角之間沒有相關性。

（4）在不同尺度巡天中Fermi Blazar天體各種成分中，同步輻射峰值頻率低的天體，其射電偏振高，而同步輻射峰值頻率高的天體，其射電偏振低。

（5）Fermi Blazar天體在大尺度VLA NVSS巡天中Fermi Blazar天體的各種成分，包括BL Lac天體、FSRQ以及BCU具有一定的相關性，而其他類型的Fermi Blazar天體沒有相關性；而在小尺度VLBA 2 CM巡天中BL Lac天體與的能量流量與射電偏振流量之間具有一定的相關性，F(xiàn)SRQ、BCU以及其他類型的Fermi Blazar天體的能量流量與射電偏振流量之間沒有相關性。

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（責任編輯：江 龍）