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blazar天体多波段性质的研究

1.引言

活动星系核(AGNs)的研究是现代天体物理学研究中最热门的课题之一,它的研究在能量产生、辐射机制和宇宙论等基本问题的研究中占有重要的地位[1]。自20世纪60年代射电天文学建立以后,人们对天体的观测就不再局限于单一的光学波段了。随着观测技术的发展,对AGNs的研究也越来越深入,观测波段从早期的光学波段扩展到射电、紫外、红外、光学、射线、射线直到TeV射线波段,活动星系核的观测与理论研究都进入了全波段时代[2]。 http://www.paper51.com

AGNs主要被分为Seyfert星系、类星体(qusasar)、BL Lac天体、和射电星系(Radio galaxies)四大类。随着观测的发展和理论研究的进一步深入,现在它们又被分出许多子型,并且许多子型又相互融合,形成独特的类型[2]。

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Blazar天体是AGNs中具有极端性质的一类。现有的理论和观测结果表明:Blazar天体的射电、射线、射线辐射产生于天体不同的辐射区域;强且变化的射线辐射表明高能辐射强成束且辐射区域离黑洞和吸积盘较远。为了完善和发展现有的理论模型,对Blazar天体的观测已经不再局限于单一望远镜单一波段的监测,而是联合分布在全球不同纬度的望远镜对Blazar天体进行同时性多波段联测[1]。同时性多波段联测对研究Blazar天体的能谱特性有重要作用。 copyright paper51.com

本文概述了Blazar天体的基本特征和现有的理论模型,介绍了对43个Blazar天体高、低态的研究工作。具体结构如下:§2,介绍Blazar天体的基本特征;§3,概述Blazar天体多波段性质(计算谱指数及复合谱指数和分析红移、复合谱指数之间的相关性);§4,小结。

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2.Blazar天体的基本特征及理论模型 copyright paper51.com

BL Lac天体的特性和平谱射电类星体(FSRQs)的特性很相似,都具有大幅快速光变和高偏振,不同的是BL Lac天体没有强发射线。这些天体的辐射都是非热的并且为相对论聚束的,基于这些观测事实,人们把这两类天体归为一类“Blazar”[3]。

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Blazar天体仅占河外星系的极少部分,是射电噪活动星系核中的一个子类,占射电噪天体的一小部分(约占15~20%),其数目远小于射电宁静活动星系核。但是,它们有许多独特的观测特征,因此很容易从其它类型的AGNs中区分出来。Blazar天体具有如下的基本特征[4][1]:

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(1)是致密的,核主导的平谱射电源; 内容来自www.paper51.com

(2)强毫米波发射体,产生平谱或倒转谱;

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(3)在任何观测波段都是亮的,尤其是射电、光学和X射线光度。从光学对应体发出的辐射主导其寄主星系的辐射;

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(4)在所有观测波段都具有强烈的光变,尽管对于不同的源或不同的类别其光变的本质需要长期的观测来区分; 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

(5)强的且可变化的光学线偏振(P>3%),这是一个非常重要的特征,因为它直接暗示着光学薄的同步辐射;

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(6)强的且可变化的射电线偏振(P>1-2%);

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(7)VLBI部分的视超光速运动,表明相对论喷流的存在;

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(8)强的射线源。EGRET所探测到的所有河外源都是Blazar天体。所有证实的和可能的河外TeV射线源都是Blazar天体; http://www.paper51.com

(9)连续性:在整个可观测波段上,是光滑的、宽的、非热连续谱;

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(10)光学点源,一些Blazar的周围有晕,但大多数光来自点源。

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Blazar天体的内容非常丰富,其代表性又非常突出,因而研究它的各种可能的模型,显得尤为重要[1]。

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(1)相对论喷流模型 copyright paper51.com

由于各向异性喷流的整体相对论运动使观测值不同于内禀值。观测值与内禀值的差异强烈地依赖于观测者的视线相对于喷流的方向。因此,观测值是各向异性的。如果辐射物质在沿视线方向一个很小的夹角内以相对论性速度运动,则要考虑相对论效应,观测到的各种辐射性质都要修正到物质运动的实验室坐标系中,这就是相对论聚束效应。 copyright paper51.com

(2)轻子模型

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目前Blazar天体模型中较成功的理论模型。在轻子喷流模型中,电子(正、负电子)在相对论喷流中加速,其辐射产生了多波段能谱分布(SED)的高能部分(HE)和低能部分(LE)。现有的模型认为LE部分由这些高能电子的同步辐射产生,HE部分由相同电子的逆康普顿散射过程产生。

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Blazar天体轻子模型认为在红外—远紫外甚至到软X射线波段观测到的辐射是同步辐射成份,硬X射线和波段的辐射是康普顿散射过程产生。

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(3)同步自康普顿(Synchrotron Self Compton )模型

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现在一般认为,Blazar天体的高能辐射的最直接产生过程是同步自康普顿过程,在这个过程中,同一个电子产生低能同步辐射并且通过逆康普顿过程提升同步辐射低能光子到高能段(射线和射线波段),均匀SSC模型成功解释了TeV辐射(高能康普顿成份)和射线辐射(低能同步辐射)的关联,SSC模型在解释TeV源Mrk 421、Mrk501和PKS 2155-304的多波段观测谱是成功的。但对于噪的OVV类星体,射线流量占整个能量输出的绝大部分(如 PKS 0528+134),需要用非常强的聚束效应(δ≥100)来解释其能谱。由于VLBI的观测认为合理的多普勒因子应该在5<δ<30范围,SSC模型是不可能解释这一类类星体的。在OVV类星体中,射线和射线辐射都认为是相对论电子的逆康普顿过程产生的,然而它们的射线和射线能谱不是光滑的连接起来的,这就意味着它们都是由逆康普顿过程产生,但它们的软光子来源却不同。

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3.Blazar天体多波段的性质 paper51.com

从整个宽的Blazar天体能谱分布来看,从低能射电波段一直到高能射线波段,Blazar天体的辐射是以非热辐射为主,能谱是非热谱。Blazar天体的能谱分布的另外一个重要特征是具有双峰结构,低能峰位于毫米波段到射线波段,高能峰位于GeV—TeV 射线波段[5]。通常认为低能峰是相对论喷流中的相对论电子的同步辐射的贡献。高能峰的辐射机制一般认为是通过逆康普顿散射机制产生,也可能是通过强子过程产生。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com

本文对Blazars的光学—射线—射线能谱分布进行统计分析,选择了43个样本,见表1,(1)Name表示源名;(2)z表示红移;(3)Type表示天体的分类,BL为BLLac天体,RQ为平谱射电类星体,HP为高偏振类星体,LP为低偏振类星体;(4)Fx表示射线流量密度(单位为μJy);(5)Ref表示射线波段数据的参考文献;(6)Fγ表示射线流量密度(单位为nJy);(7)Ref表示射线波段的参考文献;(8)光学波段流量密度(单位为mJy);(9)光学波段数据的参考文献。表中各源各波段流量密度的数据分为上、下两行。上面一行表示高态时的能流密度,下面一行表示低态时的能流密度。 内容来自www.paper51.com

3.1计算复合谱指数

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在研究类星体核活动星系核的射线通常从光学波段(通常取为静止波长2500Å)到软射线(通常取为2KeV),研究类星体和活动星系核的射线通常取100KeV。利用公式(h为普朗克常量)计算出对应的射线、可见光和射线的频率[6]:

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