耀變體噴流多波段輻射性質(zhì)的研究*

李仁旭，梁繼華，彭瑞，譚燦，杜雷鳴

(1.云南師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，云南 昆明 650500；2.宿州市第三中學(xué),安徽 宿州 234000)

1 引 言

活動星系核(Active Galactic Nuclei,AGN)是指一個星系中心的高密度區(qū)域.作為AGN中物理特性最為極端的一個子類，耀變體(Blazar)的相對論性噴流幾乎直接指向觀測者.耀變體被分為兩個子類，分別是平譜射電類星體(Flat Spectrum Radio Quasars，F(xiàn)SRQ)和蝎虎類天體(BL Lacertae,BL Lac).從觀測的角度上來說，典型耀變體的寬帶能譜分布(Spectral Energy Distribution，SED)表現(xiàn)為雙峰結(jié)構(gòu).在輕子模型中，低能峰通常被認(rèn)為是相對論性質(zhì)電子在磁場中運動發(fā)出的同步輻射，習(xí)慣上被叫作同步峰，高能峰通常被認(rèn)為是由逆康普頓散射過程(Inverse Compton Scattering,IC)形成，習(xí)慣上被叫作IC峰.

1998年Fossati等人[1]研究了三個耀變體的樣本，發(fā)現(xiàn)同步峰峰值頻率和同步峰峰值光度之間存在顯著的反相關(guān)性,由此提出了耀變體寬帶能譜分布的序列演化特征.接著Ghisellini等人[2]為耀變體序列提供了物理的解釋.對于耀變體序列的原始定義，許多研究者展開了進一步的研究[3-8].

在耀變體序列的研究工作中，許多的研究者提供了統(tǒng)計或者理論方面的證據(jù)，但是有一部分研究者認(rèn)為耀變體序列的觀測特性可能是由其他因素導(dǎo)致的，如選擇效應(yīng)[9-10]或者聚束效應(yīng)[8].另一方面，有研究者發(fā)現(xiàn)單獨的FSRQ和BL Lac不滿足耀變體序列的演化特性[3-4,7].因此隨著觀察數(shù)據(jù)的更新，耀變體序列是否真正存在值得進一步研究.

2010年Li等人[11]收集了54個全波段SED的費米耀變體樣本數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)x射線波段到γ波段的譜指數(shù)(αxγ)和光學(xué)波段到x射線波段的譜指數(shù)(αox)、本征復(fù)合譜指數(shù)αxox和αγxγ之間存在反相關(guān)性.他們還發(fā)現(xiàn)αxox-αγxγ圖中存在耀變體分群的現(xiàn)象.耀變體分群的統(tǒng)計特性也需要一個更大的準(zhǔn)同時性數(shù)據(jù)來驗證.

2 樣本和擬合方法

為了降低峰值參量在估算時的不確定誤差，收集了一個具有(準(zhǔn))同時性寬帶能譜數(shù)據(jù)的耀變體樣本(共252個耀變體，其中包括173個FSRQ和79個BL Lac,耀變體的SED數(shù)據(jù)可以至少擬合出耀變體雙峰結(jié)構(gòu)的一個峰).分別使用二次函數(shù)[12]和三次函數(shù)[13]擬合耀變體源SED的同步峰和IC峰：

logνFν=clog2ν+blogν+a

(1)

logνFν=dlog3ν+clog2ν+blogν+a

(2)

其中l(wèi)og(νFν)是流量的對數(shù)形式，logν是頻率的對數(shù)形式，a、b、c和d是常量.

然后把流量轉(zhuǎn)換為光度：

(3)

其中DL是光度距離.康普頓主導(dǎo)因子為IC峰的峰值光度和同步峰峰值光度之間的比值：

(4)

(5)

其中l(wèi)ogF1和logF2分別代表頻率ν1和ν2處流量的對數(shù)形式.兩個本征復(fù)合譜指數(shù)可由下式求得[15]：

αxox=αox-αx

(6)

αγxγ=αxγ-αγ

(7)

其中αx和αγ分別代表x射線波段和γ射線波段的譜指數(shù)，αox和αxγ分別代表光學(xué)波段到x射線波段和x射線波段到γ射線波段的寬帶譜指數(shù).

3 分析結(jié)果

根據(jù)收集到的252個費米耀變體(準(zhǔn))同時性數(shù)據(jù)，運用線性回歸分析了整個耀變體樣本、FSRQ樣本和BL Lac樣本利用二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合的峰值參量、康普頓主導(dǎo)因子和譜指數(shù)之間的相關(guān)性.分析結(jié)果如表1所示，相關(guān)性圖如圖1所示(F和B分別表示FSRQ和BL Lac樣本).圖中實心正方形表示FSRQ樣本的數(shù)據(jù)點，空心圓圈表示BL Lac樣本的數(shù)據(jù)點，實線表示擬合直線.

圖1 樣本的相關(guān)性分析

表1 相關(guān)性結(jié)果.

和logνLICpeak(ν)之間的相關(guān)性都存在耀變體整體與子類不同的情況.

圖2為分別使用二次和三次函數(shù)擬合耀變體SED得到的αox-αxγ與αxox-αγxγ圖，可以發(fā)現(xiàn)二次函數(shù)擬合的αox和αxγ，αxox和αγxγ，三次函數(shù)擬合的αox和αxγ之間都存在反相關(guān)性，而且這種反相關(guān)同時存在于單獨的FSRQ樣本和BL Lac樣本中.而在三次函數(shù)擬合的分布圖中，αxox和αγxγ之間的相關(guān)性消失.

圖2 譜指數(shù)的相關(guān)性分析

4 討論與結(jié)論

4.1 二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合結(jié)果得出的相關(guān)性差異性的研究

相關(guān)性分析結(jié)果表明，二次函數(shù)和三次函數(shù)擬合耀變體的SED得出的相關(guān)性結(jié)果存在差異.通過線性分析兩種方法得出的同一個參量，發(fā)現(xiàn)5個參量之間都存在近似線性相關(guān)的關(guān)系，但是也存在一部分的離散點.兩種方法擬合結(jié)果的差異性可能是由于耀變體源費米二期同時性數(shù)據(jù)的缺失導(dǎo)致的.圖3為耀變體源2FGL J0112.8+3208和源2FGL J0915.8+2932寬帶能譜的擬合情況.可以明顯看到，當(dāng)峰結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)點較少時，無法使用三次函數(shù)來進行擬合.這種差異直接影響到參量估計的不確定，從而影響到參量之間的相關(guān)性結(jié)果，例如αox和αxγ、αxox和αγxγ之間的相關(guān)性.因此在某些情況下，使用二次函數(shù)擬合耀變體的SED比使用三次函數(shù)擬合更為準(zhǔn)確.

圖3 源2FGL J0112.8+3208和源2FGL J0915.8+2932寬帶能譜的擬合

4.2 耀變體序列和分割的統(tǒng)計特征研究

相關(guān)性分析結(jié)果表明，對于耀變體整個樣本，單獨的FSRQ和BL Lac樣本，αox與αxγ、αxox與αγxγ之間存在反相關(guān).該結(jié)果與LI等人[11]的研究結(jié)果基本一致.

此外，在αox-αxγ和αxox-αγxγ平面內(nèi)， FSRQ和BL Lac均存在重疊區(qū)域(如圖2)，重疊的FSRQ和BL Lac模糊了之前的分群[11]，可能的解釋是作為耀變體的兩個子類，F(xiàn)SRQ和BL Lac具有相似的光譜特性、射流的起源、物理條件、傳播和輻射特性，而耀變體分群的消失，可能是我們用了一個更大的耀變體樣本來進行數(shù)據(jù)擬合.