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耀变体喷流多波段辐射性质探究分析

2020-08-27 261 上传者：管理员

摘要：收集了252个费米耀变体的观测数据,分别使用二次函数和三次函数拟合源的(准)同时性宽带能谱,发现耀变体(准)同时性数据的完整程度对两种方法的拟合结果有一定的影响.基于二次函数的拟合结果,运用线性回归法分析耀变体峰值参量和谱指数之间的相关性,发现(1)同步峰峰值频率与同步峰峰值光度、逆康普顿峰峰值频率与逆康普顿峰峰值光度之间的序列统计特征只存在于整个样本中,并不存在于平谱射电类星体和蝎虎天体样本;(2)同步峰峰值频率与康普顿主导因子之间的序列统计特征同时存在于耀变体整个样本、单独的平谱射电类星体和蝎虎天体样本;(3)耀变体分群的统计特征消失了.

关键词：
天文学
活动星系核
统计
耀变体
能谱
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1、引言

活动星系核(ActiveGalacticNuclei,AGN)是指一个星系中心的高密度区域.作为AGN中物理特性最为极端的一个子类,耀变体(Blazar)的相对论性喷流几乎直接指向观测者.耀变体被分为两个子类,分别是平谱射电类星体(FlatSpectrumRadioQuasars,FSRQ)和蝎虎类天体(BLLacertae,BLLac).从观测的角度上来说,典型耀变体的宽带能谱分布(SpectralEnergyDistribution,SED)表现为双峰结构.在轻子模型中,低能峰通常被认为是相对论性质电子在磁场中运动发出的同步辐射,习惯上被叫作同步峰,高能峰通常被认为是由逆康普顿散射过程(InverseComptonScattering,IC)形成,习惯上被叫作IC峰.

1998年Fossati等人[1]研究了三个耀变体的样本,发现同步峰峰值频率和同步峰峰值光度之间存在显著的反相关性,由此提出了耀变体宽带能谱分布的序列演化特征.接着Ghisellini等人[2]为耀变体序列提供了物理的解释.对于耀变体序列的原始定义,许多研究者展开了进一步的研究[3,4,5,6,7,8].

在耀变体序列的研究工作中,许多的研究者提供了统计或者理论方面的证据,但是有一部分研究者认为耀变体序列的观测特性可能是由其他因素导致的,如选择效应[9,10]或者聚束效应[8].另一方面,有研究者发现单独的FSRQ和BLLac不满足耀变体序列的演化特性[3,4,7].因此随着观察数据的更新,耀变体序列是否真正存在值得进一步研究.

2010年Li等人[11]收集了54个全波段SED的费米耀变体样本数据,发现x射线波段到γ波段的谱指数(αxγ)和光学波段到x射线波段的谱指数(αox)、本征复合谱指数αxox和αγxγ之间存在反相关性.他们还发现αxox-αγxγ图中存在耀变体分群的现象.耀变体分群的统计特性也需要一个更大的准同时性数据来验证.

2、样本和拟合方法

为了降低峰值参量在估算时的不确定误差,收集了一个具有(准)同时性宽带能谱数据的耀变体样本(共252个耀变体,其中包括173个FSRQ和79个BLLac,耀变体的SED数据可以至少拟合出耀变体双峰结构的一个峰).分别使用二次函数[12]和三次函数[13]拟合耀变体源SED的同步峰和IC峰:

logνFν=clog2ν+blogν+a(1)

logνFν=dlog3ν+clog2ν+blogν+a(2)

其中log(νFν)是流量的对数形式,logν是频率的对数形式,a、b、c和d是常量.

然后把流量转换为光度:

log(νLν)=log(4πD2L)+log(νFν)

log(νLν)=log(4πDL2)+log(νFν)

(3)

其中DL是光度距离.康普顿主导因子为IC峰的峰值光度和同步峰峰值光度之间的比值:

logCD=logνLICpeak(ν)logνLsynpeak(ν)

logCD=logνLpeakΙC(ν)logνLpeaksyn(ν)

(4)

其中logνLICpeak

peakΙC

(ν)是IC峰峰值光度的对数形式,logνLsynpeak

peaksyn

(ν)是同步峰峰值光度的对数形式.宽带谱指数可由下式求得[14]:

α12=logF1−logF2logν1−logν2

α12=logF1-logF2logν1-logν2

(5)

其中logF1和logF2分别代表频率ν1和ν2处流量的对数形式.两个本征复合谱指数可由下式求得[15]:

αxox=αox-αx(6)

αγxγ=αxγ-αγ(7)

其中αx和αγ分别代表x射线波段和γ射线波段的谱指数,αox和αxγ分别代表光学波段到x射线波段和x射线波段到γ射线波段的宽带谱指数.

3、分析结果

根据收集到的252个费米耀变体(准)同时性数据,运用线性回归分析了整个耀变体样本、FSRQ样本和BLLac样本利用二次函数和三次函数拟合的峰值参量、康普顿主导因子和谱指数之间的相关性.分析结果如表1所示,相关性图如图1所示(F和B分别表示FSRQ和BLLac样本).图中实心正方形表示FSRQ样本的数据点,空心圆圈表示BLLac样本的数据点,实线表示拟合直线.

图1样本的相关性分析

图2谱指数的相关性分析

图2为分别使用二次和三次函数拟合耀变体SED得到的αox-αxγ与αxox-αγxγ图,可以发现二次函数拟合的αox和αxγ,αxox和αγxγ,三次函数拟合的αox和αxγ之间都存在反相关性,而且这种反相关同时存在于单独的FSRQ样本和BLLac样本中.而在三次函数拟合的分布图中,αxox和αγxγ之间的相关性消失.

4、讨论与结论

4.1 二次函数和三次函数拟合结果得出的相关性差异性的研究

相关性分析结果表明,二次函数和三次函数拟合耀变体的SED得出的相关性结果存在差异.通过线性分析两种方法得出的同一个参量,发现5个参量之间都存在近似线性相关的关系,但是也存在一部分的离散点.两种方法拟合结果的差异性可能是由于耀变体源费米二期同时性数据的缺失导致的.图3为耀变体源2FGLJ0112.8+3208和源2FGLJ0915.8+2932宽带能谱的拟合情况.可以明显看到,当峰结构的数据点较少时,无法使用三次函数来进行拟合.这种差异直接影响到参量估计的不确定,从而影响到参量之间的相关性结果,例如αox和αxγ、αxox和αγxγ之间的相关性.因此在某些情况下,使用二次函数拟合耀变体的SED比使用三次函数拟合更为准确.

图3源2FGLJ0112.8+3208和源2FGLJ0915.8+2932宽带能谱的拟合

4.2 耀变体序列和分割的统计特征研究

二次函数拟合耀变体SED的结果表明,对于整个耀变体样本,logνsynpeak

peaksyn

和logνLsynpeak

peaksyn

(ν)、logνICpeak和logνLICpeak

peakΙC

(ν)、logνsynpeak

peaksyn

和logCD之间都存在反相关性.相关性分析结果符合耀变体序列的观测特性.对于logνsynpeak

peaksyn

和logνLsynpeak

peaksyn

(ν)、logνICpeak

peakΙC

和logνLICpeak

peakΙC

(ν),单独的FSRQ和BLLac都不符合耀变体序列的观测特性.这可能是由于FSRQ和BLLac物理性质的不同导致的[16].

相关性分析结果表明,对于耀变体整个样本,单独的FSRQ和BLLac样本,αox与αxγ、αxox与αγxγ之间存在反相关.该结果与LI等人[11]的研究结果基本一致.

此外,在αox-αxγ和αxox-αγxγ平面内,FSRQ和BLLac均存在重叠区域(如图2),重叠的FSRQ和BLLac模糊了之前的分群[11],可能的解释是作为耀变体的两个子类,FSRQ和BLLac具有相似的光谱特性、射流的起源、物理条件、传播和辐射特性,而耀变体分群的消失,可能是我们用了一个更大的耀变体样本来进行数据拟合.

参考文献：

[5]王雪品,王兴华,丁楠,等.费米选耀变体序列研究[J].云南师范大学学报(自然科学版),2016(36):1-6.

[6]王雪品.耀变体能谱分布及演化序列研究[D].昆明:云南师范大学,2017.

[16]彭瑞,谢照华,薛瑞,等.费米耀变体峰值参量､康普顿主导､谱指数之间相关性的研究[J].天文研究与技术,2019,16(4):401-409.

李仁旭,梁继华,彭瑞,谭灿,杜雷鸣.耀变体喷流多波段辐射性质的研究[J].云南师范大学学报(自然科学版),2020,40(04):1-5.

基金:国家自然科学基金资助项目(U1431123);云南省自然科学基金资助项目(2017FD072).

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期刊名称：天文研究与技术

期刊人气：847

期刊详情

主管单位：中国科学院

主办单位：中国科学院国家天文台

出版地方：云南

专业分类：科学

国际刊号：1672-7673

国内刊号：53-1189/P

创刊时间：1977年

发行周期：季刊

期刊开本：16开

见刊时间：1年以上

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