耀变体多波段观测及光变特性研究

发布时间：2020-07-08 17:04

【摘要】：耀变体是活动星系核中光变最为剧烈的一个子类,包括蝎虎状天体(BL Lacs)和平谱射电类星体(FSRQs)。具有涵盖整个电磁波段的剧烈光变,通常认为各种剧烈光变是指向观测者视线方向的相对论性喷流内部的非热辐射产生,因此光变也成为研究耀变体物理机制的重要手段。光变幅度、光变时标,多波段光变的相关性以及能谱变化等相关信息与辐射区位置,大小,喷流结构以及辐射机制密切相关。同时耀变体作为主要的河外高能伽马射线源,结合光学多波段观测开展耀变体高能伽马射线辐射研究,对河外背景辐射、星系际磁场以及宇宙线起源有重要的科学意义。我们利用光学望远镜对蝎虎状天体S5 0716+7141、OJ 287、Mrk 501和平谱射电类星体3C 273进行了长期的光学多波段测光观测,并分析了同时期Fermi-LAT高能伽马射线数据,通过结构函数、离散相关函数、小波法等分析方法研究了耀变体的多波段光变行为、能谱演化特征,获得以下主要研究结果:三个蝎虎状天体S5 0716+714、OJ 287以及Mrk 501在光学波段始终处于耀发态,观测期间最大星等变化分别为,对S5 0716+714,ΔB = 1.m834、ΔV =2 m167、ΔR=2.m148 和ΔI = 1.m902。OJ 287,ΔV = 1.m335、ΔR = 1.m237和ΔI= 1.m594,Mrk 501,ΔB = 0.m566、AV = 0.m582、ΔR = 0.m698 和ΔI =0.m713。我们发现S5 0716+714在光学波段存在周期为10天的短周期光变,基于这个周期我们估算了中心黑洞的质量上限分别为MB= 4.4 × 1010M& (克尔黑洞)和MBH = 1.1 × 1010M& (史瓦西黑洞)。伽马射线波段与光学波段相关性分析结果更倾向于支持轻子模型。OJ 287主要的光变发生在2016年1月期间,这与双黑洞模型所预言的爆发时间相吻合。Mrk 501在光学波段找到的最小光变时标为2分钟,这就要求对应的磁场强度不能小于52G(δD～3),这一结果更倾向于支持强子模型。小波分析法对伽马射线光变曲线的周期分析显示存在一个置信度超过95%的25天的短周期,这与X射线以及TeV波段23天的准周期振荡相仿。耀变体3C 273在光学波段始终处于比较稳定的状态,最大星等变化为ΔB = 0m799、ΔV = 0m816、ΔR = 0m818 和ΔI = 1 m129,各波段星等的变化幅度不超过0.5%(fvar0.5%)。在伽马射线波段,Fermi-LAT观测3C 273存在两个极端流量的耀发。其最短光变时标为4.9小时,在多普勒因子取δγ4.784时,对应的辐射区大小约为2.19 × 1015 cm。通过分析不同时标的亮度与色指数之间的关系,我们发现4个研究对象的光学能谱变化显示不同的特征。其中S5 0716+714无论是天以内短时标,中长时标还是年量级长时标均呈现出源变亮谱变蓝的趋势,OJ 287和Mrk 501分别观测到变暗变蓝和变亮变红的趋势。3C 273色指数与光变的相关性相对复杂。当流量低于Fv= 30.201 ± 0.026 mJy时,源呈现变亮变蓝的趋势,当源持续变亮且流量超过这个临界值时,源呈现出变亮变红的趋势,我们认为3C 273光学波段辐射存在两种成分,可以被一个几何厚的吸积盘模型所解释。而Mrk 501光学波段有很强的寄主星系成分影响。对四个耀变体伽马射线波段光子谱指数的分析结果表明相比平谱射电类星体,蝎虎状天体在100MeV-300GeV波段有更硬的谱指数,这也说明蝎虎状天体的辐射能谱可以延伸到更高能段的区域,是更可能产生TeV辐射的高能天体。
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P157.6

【参考文献】