葉楚津, 張凡華, 羅智婷, 葉志輝

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BL天體X射線輻射研究

葉楚津*, 張凡華, 羅智婷, 葉志輝

(廣州大學 物理與電子工程學院, 廣東 廣州, 510006)

收集了91個BL Lac天體樣本的X射線資料, 其中62個高峰頻BL天體—HBLs, 29個低峰頻BL天體—LBLs.計算了它們的X波段光度, 研究了它們的X射線譜指數(shù)X與光度X的關系. 結果表明: HBLs的譜指數(shù)X與光度值X無相關, 而LBLs的譜指數(shù)X與光度值X有較弱相關性.

BL Lac天體; X射線; 輻射機制

活動星系核(AGN)是當前天體物理最熱門的研究領域, Blazar是AGN中最為獨特的子類. 以非熱譜為特征的Blazar天體實際上是BL Lac天體、高偏振類星體(HPQs)和光學激變天體(OVVs)的統(tǒng)稱[1]. BL Lac天體是Blazars天體中一類性質奇特的活動星系核, 具體表現(xiàn)為光變劇烈、很高的偏振、典型冪率譜及能譜分布的雙峰結構等.

為了解釋BL Lac天體的獨特性質, 人們提出了相對論噴流模型, 并發(fā)展了噴流加速模型和噴流減速模型. 此外, 為了解釋與BL天體具有相似性質的不同子類之間的關系, 演化模型及引力透鏡模型[2]被提出.

由于BL Lac天體是強X射電源[3]及近些年X射線巡天衛(wèi)星的快速發(fā)展, 通過X射線巡天技術發(fā)現(xiàn)了大量的BL lac天體. 在傳統(tǒng)的BL Lac天體分類中, 根據(jù)不同的巡天方式分類，人們大致將BL Lacs天體分為2類，分別是X射線選BL Lacs (XBLs)天體和射電選BL Lacs (RBLs)天體. 后來, 人們根據(jù)能譜分布, 把BL Lacs天體分為HBLs (高峰頻BL Lacs)和LBLs(低峰頻BL Lacs)兩類. 一般RBLs對應LBLs, XBLs對應HBLs。

盡管XBLs和RBLs在性質上有很大的差別, 但是通過噴流加速假設, 樊軍輝等人[1]研究指出RBL和XBL是同一類天體,它們的紅移是宇宙學的.

為了對BL Lac天體更好地進行分類, 根據(jù)Blazar天體的同步輻射峰頻, Giommi和Padovani把BL Lac天體分為高峰頻BL Lac (HBLs)天體和低峰頻BL Lac (LBLs)天體[4]. 有關高能峰的輻射機制暫時還沒有統(tǒng)一定論, 但是, 有較多觀點認為其輻射機制是康普頓散射[5]. AGN的高能輻射(γ射線, X射線)占了總輻射能量的相當大比例, 提供了AGN的大量核心信息, 因此, 用高能γ射線數(shù)據(jù)研究AGN具有重要的意義[6]. 在BL Lac天體X射線的研究上, 陳洛恩[7]研究發(fā)現(xiàn)HBLs的X射線譜指數(shù)X及復合譜指數(shù)X–OX與X射線和射電流量比X/γ有極弱相關性, 而LBLs則沒有.

為了進一步研究BL Lac天體X射線譜指數(shù)與光度值之間的變化關系, 本文給出了一個具有X資料的BL Lac樣本[8], 分別對Blazar子類HBL和LBL天體的X射線譜指數(shù)與光度的相關性進行了研究.

1 樣本數(shù)據(jù)

本文從文獻[8]獲得了一個含91個BL Lac天體的樣本, 樣本中有62個HBL天體和29個LBL天體, 樣本及相關數(shù)據(jù)如表1所示. 表1中: 第1列為天體名稱; 第2列為BL Lac天體的分類; 第3列為X射線波段的流量密度(mJy); 第4列為X射線譜指數(shù); 第5列為X射線光度(X)的對數(shù)(erg/s).

表1 BL Lac天體樣本

2 數(shù)據(jù)分析

對表1中全部91個BL Lacs天體樣本, 做其譜指數(shù)X與光度值lgX之間的線性關系分析有:X=-(1.50±2.17) + (0.06±0.05)lgX, 相關系數(shù)1= 0.14, 兩者相關的幾率為1-= 1-19.86% = 80.14%, 相關關系如圖1所示, 該結果顯示二者存在弱相關性.

圖1 91個BL Lac天體X譜指數(shù)與X光度的關系

圖2 62個HBL天體天體X譜指數(shù)與X光度的關系

圖3 29個LBL天體天體X譜指數(shù)與X光度的關系

表1中62個HBL天體, 其譜指數(shù)X與光度值lgX之間的線性擬合方程為X=-(1.05±2.33) + (0.01±0.05)logX, 相關系數(shù)2= 0.02, 兩者相關幾率為1-= 1- 88.58% = 11.42%, 關系如圖2所示, 該結果表明兩者不存在相關性.

對于29個LBL天體, 其譜指數(shù)X與光度值lgX之間的線性擬合方程為X=-(4.19±4.47) + (0.12±0.10)logX; 相關系數(shù)3= 0.22, 兩者相關幾率為1 –= 1-24.31% = 75.69%, 關系如圖3所示, 該結果表明LBLs的X射線譜指數(shù)與光度值存在弱相關.

3 討論

從前面的結果可知, 各類天體的光度和譜指數(shù)之間存在弱相關性, 雖然相關系數(shù)均較小, 但該結果依然顯示光度越大, 譜越陡.

由表1中數(shù)據(jù)計算可得, HBL和LBL天體的X射線譜指數(shù)平均值分別為1.38和1.15, 兩者相差0.23, KS檢驗的結果(圖4)顯示兩者來自同一分布的幾率很小,= 2.4%. 這種差異可能來自于LBL的輻射有逆康普頓的成分. HBL和LBL天體X射線光度平均值分別為44.71和44.41 erg/s, 二者相對差異不大, KS檢驗的結果(圖5)顯示兩者來自同一分布的幾率很大,= 20%.

圖4 HBL和LBL的αX KS檢驗分布

圖5 HBL和LBL中l(wèi)gLX的KS檢驗分布

由于BL Lac天體X射線譜指數(shù)和光度值都分別與距離相關, 因此, 下面將討論剔除距離因素的影響后, X射線輻射的流量密度X與譜指數(shù)X的相關性.

對于表1中全部91個BL Lac天體樣本, X射線譜指數(shù)X與X射線輻射流量密度X之間的線性擬合方程為X=-(1.26±0.05) + (0.15±0.06)logX,相關系數(shù)4= 0.27, 兩者相關的幾率為1 –= 1-1.01% = 98.99%, 相關結果如圖6所示. 該結果依然表明兩者之間存在相關.

對于62個HBL樣本, 譜指數(shù)X與X射線輻射流量密度X之間的線性擬合方程為X=-(1.40±0.08) + (0.02±0.09) logX, 相關系數(shù)5=-0.02, 兩者相關的幾率為1-= 1-85.46% = 14.54%, 相關結果如圖7所示. 結果表明兩者之間不存在相關性.

圖7 62個HBL天體X譜指數(shù)與X流量密度的關系

對于29個LBL樣本, 其譜指數(shù)X與X射線輻射流量密度X之間的線性擬合方程為X= (1.32±0.12) + (0.33±0.17) logX, 相關系數(shù)6= 0.36, 兩者相關的幾率為1 –= 1-5.69% = 94.31%, 相關結果如圖8所示. 結果表明兩者之間存在相關性.

對于91個BL Lac、62個HBL、29個LBL天體, 譜指數(shù)X與光度值logX關系的相關系數(shù)分別為1= 0.14,2= 0.02,3= 0.22.3是三者中最大者, 表明LBLs的譜指數(shù)X與光度值logX有弱相關關系; 而2很小, 幾乎為0, 說明HBLs天體的X與logX無相關, 這也是導致BL Lac總樣本的相關系數(shù)1小于LBLs樣本相關系數(shù)3的原因.

BL Lac天體X射線譜指數(shù)和光度值均與距離相關, 剔除距離的相關因素后, 對于91個BL Lac、62個HBL和29個LBL天體, 譜指數(shù)X與輻射流量密度X相關關系分別為4= 0.27, 1 –= 98.99%;5=-0.02, 1 –= 14.54%;6= 0.36, 1 –= 94.31%. 由此可知: LBLs天體譜指數(shù)X與輻射流量密度X和光度的相關系數(shù)都比較高. 對于HBLs天體, 其X射線譜指數(shù)X與X射線輻射流量密度X完全無相關.

圖8 29個LBL天體X譜指數(shù)與X流量密度的關系

4 結論

HBLs天體X射線譜指數(shù)X與光度值logX無相關性, 而LBLs天體X射線譜指數(shù)X與光度值logX有弱相關. HBLs和LBLs之間的X分布存在差異, 但對于X射線光度, 兩者可能具有同源分布.

[1] 樊軍輝,謝光中. BL Lac天體研究進展[J]. 天體學進展, 1995, 13(3): 195—205.

[2] 董云明. BL Lac天體的輻射機制與分類[D]. 云南: 中國科學院云南天文臺, 2003: 36—40.

[3] Maraschi L. Ghisellini G, Tanzi E G, et al. Spectral Properties of Blazars. II. an X-Ray Observed Sample [J]. Astrophysical Journal, 1986, 310: 325—333.

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[5] Maraschi L, Ghisellinj G, Celottj A. A jet model for the gamma-ray emitting blazar 3C 279 [J]. Astrophysical Journal, 1992, 397(1): 5—9.

[6] Peterson B M. An Introduction To Active Galactic Nuclei [M]. London: Cambridge University Press, 1997.

[7] 陳洛恩, 宋晶晶, 任繼陽, 等. BL Lac天體的X射線輻射機制測試[J]. 云南師范大學學報, 2010, 30(2): 1—4, 14.

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Study for the X-ray emission properties of BL Lac Objects

YE ChuJin, ZHANG FanHua, LUO ZhiTing, YE ZhiHui

(School of Physics & Electronic Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 51006, China)

An X-ray data sample of 91 BL Lac objects is collected, in which, there are 62 HBLs (High-peak frequency BL Lacs) and 29 LBLs (Low-peak frequency BL Lacs). Based on the sample, the X-ray luminosities are calculated and the correlation between theX(X-ray spectral indices) andX(X-ray luminosities) is studied. The results show thatXare not correlative withXfor HBLs, whileXare marginally correlative withXfor LBLs.

BL Lac objects; X-ray; radiation mechanism

10.3969/j.issn.1672-6146.2014.03.004

P 157

1672-6146(2014)03-0015-05

email: yechujin@hotmail.com.

2014-04-16

國家自然科學基金(NSFC 11173009); 珠江學者(GDUPS-2009); 羊城學者(10A027S).

(責任編校: 江 河)