平譜射電類星體3C 273 在γ射線、射電和光學(xué)波段的相關(guān)性分析

(云南師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，云南 昆明 650500)

耀變體(Blazars)是一種相對(duì)論性噴流幾乎正對(duì)著地球的活動(dòng)星系核(Active Galatic Nuclei,AGN)，具有從射電到高能伽瑪射線的非熱連續(xù)輻射、大幅度快速光變、高且變化的偏振、視超光速運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)[1].耀變體分為平譜射電類星體(FSRQs)和蝎虎天體(BL Lac天體)，其中BL Lac天體缺少或者只有很弱的發(fā)射線[2,3].對(duì)于耀變體的連續(xù)輻射的產(chǎn)生機(jī)制，特別是高能伽瑪射線的產(chǎn)生機(jī)制，人們提出了不同的輻射模型進(jìn)行解釋，如:同步自康普頓(Synchrotron Self -Compton，SSC)模型[4～6]，外康普頓機(jī)制[7](EC)，由質(zhì)子級(jí)聯(lián)效應(yīng)產(chǎn)生的極端相對(duì)論電子的同步輻射[8](PIC)等，目前達(dá)成一致看法的是γ輻射來(lái)自噴流.不同波段的輻射流量變化暗示著不同波段之間可能存在各種不同的關(guān)系，這些關(guān)系可以用來(lái)區(qū)別各種不同的輻射機(jī)制.因此研究各波段之間的相關(guān)性是有著非常重大的意義.

3C 273(別名PKS 1226+023)是第一個(gè)被證認(rèn)為河外源的類星體，紅移z=0.158.Dai等[9]利用離散相關(guān)函數(shù)方法對(duì)3C 273多波段之間分別進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果顯示不同的射電波段之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，射電和光學(xué)B波段之間是弱相關(guān)的.陳永軍等[10]利用DCF方法對(duì)AO 0235+164在4個(gè)波段上流量變化作相關(guān)性分析，結(jié)果表明AO 0235 + 164在5 GHz、8 GHz、14.5 GHz和光學(xué)B波段的輻射之間存在著明顯的相關(guān)性.

那么，高能伽瑪射線波段輻射與射電和光學(xué)等低能波段輻射是否也存在相關(guān)性呢？為此,我們用最新的伽瑪射線衛(wèi)星數(shù)據(jù)、歐文斯谷射電天文臺(tái)的15GHz射電數(shù)據(jù)以及斯圖爾德天文臺(tái)的V波段光學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析.

1 數(shù)據(jù)整理

本文收集了來(lái)自Fermi伽瑪射線空間衛(wèi)星在γ射線(0.1～300 GeV)波段的觀測(cè)數(shù)據(jù)[11]，共131個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，光變曲線如圖1中的上圖.從歐文斯谷天文臺(tái) (OVRO) 收集了共712個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在15GHz的射電數(shù)據(jù)，光變曲線如圖1中的上圖[12].另外，還從亞利桑那大學(xué)的斯圖爾德天文臺(tái)(Steward Observatory)收集了共375個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的光學(xué)V波段的觀測(cè)數(shù)據(jù)并且還把星等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為流量數(shù)據(jù)[13]，公式如下：

其中,mv是光學(xué)V波段的星等值，F(xiàn)v是光學(xué)V波段流量值.光變曲線如圖2中的上圖所示.

2 相關(guān)性分析

離散相關(guān)分析法(DCF)是用來(lái)分析兩組離散數(shù)據(jù)的相關(guān)性的方法之一[14～16].該方法最大的優(yōu)點(diǎn)是比較適合天文觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)域分布上的不均勻性，它不像其它方法那樣需要進(jìn)行插值，因而沒(méi)有“人造數(shù)據(jù)”的加入，另外該方法能夠得到相關(guān)系數(shù)的比較確定的誤差，因此能夠判斷結(jié)果的可靠性.DCF方法是Edelson研究時(shí)間延遲時(shí)引入的，這種方法一般用來(lái)計(jì)算時(shí)間延遲，通過(guò)計(jì)算時(shí)間延遲來(lái)研究天體的結(jié)構(gòu)和其他性質(zhì)[17].

離散相關(guān)函數(shù)方法的定義為:如任意兩個(gè)離散數(shù)據(jù)序列ai和bj,則離散相關(guān)函數(shù)值為

式中,DCF(τ)就是離散相關(guān)函數(shù)，在延時(shí)域內(nèi)對(duì)延時(shí)進(jìn)行區(qū)間劃分，每一區(qū)間間隔為Δτ，這樣可以得到一個(gè)非常有用的DCF(τ)，對(duì)于沒(méi)有數(shù)據(jù)點(diǎn)的某個(gè)區(qū)間，則DCF(τ)不取值.當(dāng)兩個(gè)相關(guān)序列相同時(shí)得到離散自相關(guān)系數(shù)，不相同時(shí)可得到離散互相關(guān)系數(shù).在離散相關(guān)函數(shù)的分析圖上，DCF的峰值越大，說(shuō)明兩列數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，反之越弱.如果DCF的峰值在大于零的一側(cè),則表示數(shù)據(jù)a超前于數(shù)據(jù)b，如果DCF的峰值在小于零的一側(cè)，則表示數(shù)據(jù)a滯后于數(shù)據(jù)b.

通過(guò)離散相關(guān)函數(shù)對(duì) 3C 273 γ射線和射電波段之間、γ射線和光學(xué)V波段之間、射電和光學(xué)V波段之間的輻射流量數(shù)據(jù)分別進(jìn)行相關(guān)性分析，運(yùn)用Fortran編寫程序計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2、圖3，其中圖1的上圖是射電和γ射線波段的光變曲線圖，下圖是射電和γ射線波段的相關(guān)性結(jié)果圖，從圖中可以看出相關(guān)系數(shù)最大值DCF=0.92,射電波段超前于γ射線波段(時(shí)間延遲)455～478天，表明射電和γ射線波段的輻射都來(lái)自噴流，γ射線很可能產(chǎn)生于同步自康普頓(SSC)過(guò)程，與Fan等的觀點(diǎn)是一致的[19].圖2的上圖是γ射線和光學(xué)V波段的光變曲線圖，下圖是γ射線和光學(xué)V波段的相關(guān)性結(jié)果圖，從圖中可以看出γ射線和光學(xué)V波段之間沒(méi)有相關(guān)性，與劉文廣等的結(jié)論不一致[20].圖3的上圖是射電和光學(xué)V波段的光變曲線圖，下圖是射電和光學(xué)V波段的相關(guān)性結(jié)果圖，從圖中也可以看出射電和光學(xué)V波段之間沒(méi)有相關(guān)性，與王興華等的結(jié)論有所不同[21].因?yàn)楣鈱W(xué)輻射與伽瑪射線以及射電輻射都沒(méi)有相關(guān)性，因此，我們認(rèn)為光學(xué)波段光子可能是中心黑洞的吸積盤的輻射和噴流內(nèi)區(qū)等各種輻射區(qū)的光子的混合.

圖1 3C 273在射電和γ射線波段之間的相關(guān)性分析結(jié)果

圖2 3C 273在γ射線和光學(xué)V波段之間的相關(guān)性分析結(jié)果

圖3 3C 273在射電和光學(xué)V波段之間的相關(guān)性分析結(jié)果

3 結(jié)論和討論

本文收集了3C 273在γ射線(0.1～300 GeV)、15GHz射電和光學(xué)V波段的光變數(shù)據(jù)，從光變曲線可以看出，3C 273在3個(gè)波段的輻射都是非?；钴S的.為了研究其3個(gè)波段之間的相關(guān)性，本文利用了離散相關(guān)函數(shù)方法分別進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示γ射線和射電波段之間的相關(guān)性較強(qiáng)，而γ射線和光學(xué)V波段之間、射電和光學(xué)V波段之間沒(méi)有相關(guān)性.表明這些射電波段和伽瑪射線的輻射可能來(lái)源于噴流的相同或者相近的區(qū)域.王興華等[21]對(duì)3C 273的射電和光學(xué)U波段之間分別進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果只有射電和光學(xué)U波段之間存在弱相關(guān)，與本文的射電和光學(xué)V波段之間沒(méi)有相關(guān)性的結(jié)論不一致.其中伽瑪和射電輻射流量之間的關(guān)系可以用外康普頓(EC)散射模型來(lái)解釋[22].