費(fèi)米耀變體的自動(dòng)分類和能譜擬合問題的研究

肖胡兵

(帕多瓦大學(xué)“伽利略”物理與天文學(xué)院 帕多瓦35131)

耀變體是活動(dòng)星系核的一個(gè)具有極端觀測(cè)性質(zhì)的子類,耀變體是目前已知的宇宙中輻射最強(qiáng)最持久的天體,其輻射包括電磁輻射以及中微子輻射.費(fèi)米大視場(chǎng)望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射對(duì)耀變體的研究作出了極大的貢獻(xiàn),自從其2008年發(fā)射至今已經(jīng)公布的4代源表包括了3000多個(gè)耀變體的伽馬波段觀測(cè)數(shù)據(jù).本文中將分別從數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,耀變體全波段SED(spectral energy distribution)擬合,以及MeV波段探測(cè)的設(shè)計(jì)模擬出發(fā)對(duì)耀變體進(jìn)行全面的研究.

首先,針對(duì)費(fèi)米三期源表(3FGL)中的未分類耀變體(BCU)源,我們基于機(jī)器學(xué)習(xí)理論建立一套利用3FGL中關(guān)于能譜的信息生成集成機(jī)器學(xué)習(xí)方法,對(duì)3FGL中的573個(gè)BCUs進(jìn)行預(yù)測(cè)分類.我們的集成機(jī)器學(xué)習(xí)方法準(zhǔn)確率達(dá)到92.13%,我們將573個(gè)BCUs預(yù)測(cè)為326個(gè)蝎虎天體(BL Lac)和247個(gè)平譜射電類星體(FSRQ).通過與其他學(xué)者方法得到的結(jié)果相比較,證實(shí)了我們方法得到的結(jié)果是可信的,因此我們的集成機(jī)器學(xué)習(xí)方法很可靠且有效,同時(shí)我們的準(zhǔn)確率更高.利用這種機(jī)器學(xué)習(xí)方法得到的結(jié)果有助于指導(dǎo)光學(xué)證認(rèn)觀測(cè).

其次,我們的分類工作中發(fā)現(xiàn),最終影響分類結(jié)果的參數(shù)主要都是描述源SED能譜信息的參數(shù).以這一點(diǎn)作為指引,我們深入研究耀變體的SED,聚焦在噴流的本征機(jī)制以及這些機(jī)制是否導(dǎo)致了FSRQ和BL Lac能譜差異.我們擬合了344個(gè)耀變體的全波段SED,并且對(duì)每個(gè)源提供了描述能譜的6個(gè)參數(shù)和描述輻射區(qū)的9個(gè)參數(shù)的參考值.研究結(jié)果表明BL Lac噴流輻射區(qū)中的電子平均能量高于FSRQ中的電子平均能量,同時(shí)BL Lac也存在更強(qiáng)的Klein-Nishina效應(yīng).此外,FSRQ和BL Lac擁有不同的軟光子環(huán)境,其噴流中粒子的加速機(jī)制不相同都是導(dǎo)致他們能譜差異的原因.

最后,通過對(duì)耀變體SED的研究發(fā)現(xiàn)在耀變體SED的兆電子伏特能量(MeV)范圍沒有觀測(cè)數(shù)據(jù),其原因是目前沒有在該波段運(yùn)行的望遠(yuǎn)鏡.MeV波段的數(shù)據(jù)對(duì)于決定SED的譜形十分重要,此外,逆康普頓峰值落在MeV波段的耀變體是非常特別的一類耀變體,我們認(rèn)為這類源的能譜與被費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的耀變體的能譜有顯著不同.我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)MeV波段探測(cè)器,并通過數(shù)值模擬來考察它的性能.主要是涉及一個(gè)運(yùn)行在近地軌道上的MeV波段探測(cè)器的“探路者”,大小為2U(10 cm×10 cm×20 cm).數(shù)值模擬的結(jié)果表明,這種大小的探測(cè)器很難探測(cè)到MeV波段的耀變體輻射.如果想要探測(cè)到耀變體的MeV波段能譜,在性能保持穩(wěn)定的情況下,探測(cè)器的大小應(yīng)至少為10 U.