Blazar短時標(biāo)快速光變的性質(zhì)及模型研究

巨洪軍 馬國發(fā)

摘 要：Blazar天體是AGNs中具有極端性質(zhì)的一類，它以快速光變、大偏振、全波段非熱輻射等為主要特征。近年來，隨著觀測技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了blazar天體從射電波段到TeV Y射線波段都存在不同時標(biāo)的光變，更有意義的是發(fā)現(xiàn)blazar天體全波段能譜分布的雙峰結(jié)構(gòu)（低能峰位于紅外一軟x射線范圍、高能峰位于MeV--TeV Y射線范圍），成為弄清blazar天體內(nèi)部輻射機制的一大熱點。本文概述了blazar天體的基本性質(zhì)和現(xiàn)有的理論模型，并對blazar天體的光變行了研究。

關(guān)鍵詞：Blazar；模型；光變

對Blazar天體光變的研究為研究blazar天體內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)、輻射機制等有著非常重要的作用，在20世紀(jì)80年代以前，由于受觀測技術(shù)限制，光學(xué)波段觀測僅僅只為長周期光變研究提供部分?jǐn)?shù)據(jù)，之后，CCD（Charge Coupled Devices）技術(shù)應(yīng)用到天文觀測中，極大地提高了觀測精度和觀測效率，使AGNs短時標(biāo)光變研究成為現(xiàn)實。

一、Blazar模型

（一）相對論噴流模型

相對論噴流模型是Blandford&Rees為了解釋BL Lac天體的奇特觀測性質(zhì)于1978年提出[1]，該模型認(rèn)為BL Lac天體的噴流是相對論性的，噴流的方向與觀測者的視線方向只有很小的夾角，導(dǎo)致產(chǎn)生于噴流內(nèi)的輻射被相對論效應(yīng)放大。

（二）輕子模型

輕子模型是目前blazar天體模型中較成功的理論模型。輕子模型認(rèn)為：電子（正、負(fù)電子）在相對論噴流中加速，其輻射產(chǎn)生了多波段能譜分布SED的高能部分和低能部分。一般認(rèn)為：高能電子的同步輻射產(chǎn)生了多波段能譜的低能部分，而相同電子的逆康普頓散射過程產(chǎn)生了多波段能譜的高能部分。

二、Blazar光變

（一）短時標(biāo)光變

短時標(biāo)光變是blazar天體的顯著特征，幾乎所有的blazar天體都存在短時標(biāo)光變。

短時標(biāo)光變按其變化幅度大小可分為小爆發(fā)（small outburst）、閃耀（flare）和閃爍（flicker）。從各個波段短時標(biāo)光變的觀測結(jié)果可得出blazar天體的短時標(biāo)光變有如下特征：

1.光變無規(guī)則。沒有觀測證據(jù)表明光變時標(biāo)、光變幅度有周期性，因此這種無序的短時標(biāo)光變沒有任何可預(yù)見性，需要進行長期監(jiān)測；

2.光變曲線形狀無規(guī)則。多數(shù)情況下，短時標(biāo)光變曲線形狀是不規(guī)則的，有單調(diào)上升、有單調(diào)下降、也有振蕩變化，但也存在規(guī)則的短時標(biāo)光變曲線；

3.光變及光變時標(biāo)關(guān)聯(lián)[2]。不同波段的短時標(biāo)光變同時發(fā)生或相互間有時間延遲，而且光變行為相似，具有很強的相關(guān)性，這是同步自康普頓模型的有力證據(jù)。長時標(biāo)光變由短時標(biāo)組成，但之間有無什么規(guī)律目前尚無定論。

（二）中時標(biāo)光變

中時標(biāo)光變目前還是一個尚不確定的概念。光變時標(biāo)在多大范圍內(nèi)才可稱為中時標(biāo)沒有一個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且只有同一個對象既觀測到了長周期光變，又觀測到了短時標(biāo)光變，才能對中時標(biāo)光變有個界定，否則，即使觀測到了一年的光變也只能稱為短時標(biāo)光變。因此，對于中時標(biāo)光變不能象短時標(biāo)光變那樣有明確的定義，一般認(rèn)為，光變時標(biāo)界于幾年與幾天之間的光變可稱為中時標(biāo)光變。如果沒有連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)，中時標(biāo)光變不能顯示出來，即使發(fā)現(xiàn)有存在的趨勢，也會因數(shù)據(jù)點較少而缺乏可信度?，F(xiàn)在中時標(biāo)光變研究主要依賴國際聯(lián)測。

由于中時標(biāo)光變的局限性，現(xiàn)在關(guān)于blazar天體中時標(biāo)光變的研究并不多，目前的觀測結(jié)果被認(rèn)為是中時標(biāo)光變的僅有BL Lac天體3C 66A大約65天的光變。Xie等用長周期光變分析方法（Jurkevich方法）對3C 66A的觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)存在63±5天的中時標(biāo)光變。顯然，Jurkevich方法所得結(jié)果與觀測是一致的。

（三）長周期光變

周期研究是天體物理學(xué)中一種重要的研究方法，是了解天體各種特性的一個重要手段。周期現(xiàn)象的存在表明天體有各種運動形式（轉(zhuǎn)動、振動、軌道運動等），而這些運動形式揭示了天體系統(tǒng)復(fù)雜的內(nèi)部和外部物理特性（質(zhì)量、磁場結(jié)構(gòu)和分布）。

Blazar天體周期研究最早是利用長期的觀測數(shù)據(jù)（光變曲線），但由于長周期光變研究需要比所得周期長6倍以上的觀測數(shù)據(jù)，而blazar天體研究歷史不長，觀測數(shù)據(jù)較少，特別是在CCD技術(shù)應(yīng)用于天文觀測以前，觀測數(shù)據(jù)獲取非常困難且誤差較大，利用光變曲線研究blazar天體周期不是一種理想方法。因此，一種利用有限的觀測數(shù)據(jù)分析blazar天體的周期的方法是非常重要的?，F(xiàn)在常用的周期分析方法主要有：Jurkevich方法、Fourier變換的功率譜分析法、自相關(guān)函數(shù)法、相位分析法、周期吻合法和時間序列譜分析法。本節(jié)主要介紹Jurkevich方法和Fourier變換的功率譜分析法兩種常用的周期分析方法，并給出了幾個blazar天體的光變周期和中心黑洞質(zhì)量。

三、結(jié)語

由于blazar天體的極端物理性質(zhì)，使其在AGNs研究乃至整個宇宙學(xué)研究中占有重要作用。Blazar天體的多波段能譜為我們提供了豐富信息，非熱輻射在電磁波段形成兩個連續(xù)部分，低能峰在紅外到軟x射線頻段，射電偏振特性說明低能輻射起源于指向觀測者視線方向的噴流中的相對論電子的同步輻射；高能峰在MeV-TeV Y射線頻段，一般認(rèn)為其起源于產(chǎn)生同步輻射的相對論電子的逆康普頓散射過程。光變是blazar天體的顯著特征，blazar天體在全波段都表現(xiàn)出劇烈的光變，時標(biāo)可短至小時量級。光變研究是了解活動星系核中心結(jié)構(gòu)和輻射機制的一個重要手段。

參考文獻：

[1]熊定榮，倪志瓊等.Blazars短時標(biāo)光變的研究[J].云南師范大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版，2011，31（3）：12-19.

[2]梁振聲.Blazar短時標(biāo)快速光變的性質(zhì)和模型研究[D].中國科學(xué)院研究生院，2011.