伽马噪窄线赛弗特1型星系TXS 1206 549的中红外波段光变性质研究.pdf

.天 文 研 究 与 技 术 第 卷 第 期 年 月:./.伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究黄伟天 宁宫明 毛李胜(云南师范大学物理与电子信息学院 云南 昆明)摘要:(红移 )是目前发现的最遥远的伽马噪窄线赛弗特 型星系 利用广域红外巡天探测器()的长期测光数据从两个方面系统研究了 中红外波段的光变性质 首先 联合 种统计方法研究了 的日内光变()发现 在 年 月 日达到迄今为止所有 观测窗口的最亮水平 表现出非常特殊的光变过程:在约 天内 和 波段分别持续变暗约 和 据调研 这是第 次报道关于 高置信度的中红外波段日内光变 在 和 波段的占空系数()分别为 和 明显低于 等人的结果这是由于我们采用了相对保守的日内光变标准(大于)基于所有 观测窗口的测光数据(共 个窗口)研究了均方根流量()关系 发现两者之间存在显著的线性关系 另外 发现 在长时标上未表现出显著的颜色变化(即消色差)但在天量级时标上普遍表现出变亮变蓝()的趋势 结果暗示不同时标上 的中红外波段光变机制不同:长期光变可能与多普勒效应相关 日内光变则可能与喷流中的激波有关关键词:赛弗特星系 红外光变 颜色变化 激波中图分类号:文献标识码:文章编号:()活动星系核()是宇宙中最高能、最致密的天体之一 它们的辐射能量来源于中央超大质量黑洞的气体/尘埃吸积过程 赛弗特星系()是一种活动星系核 可以分为两个标准次型:赛弗特 型和 型星系 前者的光谱中存在宽的允许线 后者的允许线宽度和禁线宽度相差不大 在活动星系核统一模型中 两者的中心引擎结构类似 观测性质的差异来源于不同的观测视角 另外 赛弗特星系还包含一个性质尤为独特的子类 窄线赛弗特 型星系()它们的光谱具有相对窄的 发射线线宽(半峰全宽小于 )和较弱的禁线(/的标准 计算了 和 波段的日内光变占空系数 结果分别为 和 表明这个源在天量级时标上活动性极强本文聚焦研究 的中红外波段日内光变 主要考虑如下几点:()最近释放了新的观测数据 测光数据延伸到 年 月 日 本文将最新的 观测数据加入日内光变分析中 文是基于 组天量级光变曲线展开研究 本文则包括 组天量级光变曲线 特别地 我们注意到 在(年 月 日)处于所有 观测窗口中的最亮阶段 和 波段星等分别达到 和 在这个观测窗口 表现出显著的日内光变 这是首次报道 中确认的中红外波段日内光变现象()由于红移大、距离远 在大部分 观测窗口 处于较“暗”水平 对于这种“暗”源 观测星等的误差较大 因此 类似于前期工作 我们采用 种统计方法相结合的方式仔细搜寻 每条天量级光变曲线中大于 的日内光变 相对于文仅基于光变幅度 的标准 我们选择的光变标准更严格 可信度更高()作为前期工作的补充 本文还系统研究了 的短时标和长时标颜色变化 探讨了不同时标上光变机制的差异 光变曲线广域红外巡天探测器是美国航空航天局在 年 月发射的空间望远镜 任务为在红外波段绘制整个天空的图像 搭载了一台 口径的红外望远镜 工作在 和 波段(分别称为 和 波段)空间分辨率为 和 每 个月完成一次全天区巡天任务 在大约 天时间内 探测器绕其轨道运行 次 因而可以得到目标源包含多个测光数据点(典型值 个)的天量级光变曲线 相比红外天文卫星()的灵敏度提高了 倍左右 给天文学家提供了前所未有的机遇来研究活动星系核的红外性质利用美国航空航天局红外科学数据库(/)和 搜索半径 我们获取了 (它的 对应体的名称为 )在 年 月至年 月的 和 波段所有原始测光数据 首先 我们对数据进行了必要的筛选 剔除不良数据采用的标准为 另外 还剔除了 或星等仅为上限的数据点 测光数据质量的详情可参考官方文档 最后得到了 的 期黄伟天等:伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究 和 波段同时性光变曲线 共 个观测窗口()组 和 测光数据(见图 和表 展示的部分数据)每个观测窗口平均包含 组测光数据 平均观测时长约 天(见表 的第、第 列)表 给出了详细的 和 波段测光数据第 列为观测窗口序号 第 列为简化儒略日期 第 列为 星等 第 列为 星等误差第 列为 波段的仪器轮廓拟合测光信噪比 第 列为 波段的仪器轮廓拟合测光简化卡方值 第 至第 列类似第 至第 列描述的是 波段 表 给出了每个观测窗口的时长(第 列 单位为天)、测光点个数(第 列)、平均 星等(第 列)、平均 星等(第 列)和平均色指数(第 列)日内光变分析对于每条天量级 和 波段光变曲线 联合 种统计方法判断是否表现出日内光变 参数 文定义了衡量光变概率的参数 广泛用于各种光变研究中 参数 由光变曲线的卡方值导出:()()其中 为星等 为星等误差 为平均星等 为数据点个数 ()其中 为不完全伽马函数 值越大 光变的概率越高 文献中常采用的标准为 即光变概率高于 所有参数 的计算结果展示在表 的第 和第 列中图 和 波段光变曲线以及颜色 的长期变化 灰色小方形表示每个观测窗口的数据 蓝色、红色、黑色大方形分别表示每个观测窗口的平均星等、平均 星等、平均颜色 .标准额外方差 标准额外方差 常用来衡量光变幅度“额外”表示从总方差中去除观测误差带来的方差具体定义为 ()()的误差为()/()()()天 文研究与技术 卷表 测光数据 ()()/()/()()()/()/()()()注:表 只列出了首个观测窗口的测光数据 完整表 存储在国家天文科学数据中心()可点击:/./.直接下载误差较大时()可能大于 参考文 定义 ()如果 表明误差修正的内禀光变幅度大于 所有参数 的计算结果展示在表 的第 和第 列中 光变显著性在波段(分别表示 波段 波段)的第 条天量级光变曲线 按 ()()计算标准偏差 其中 是第 条天量级光变曲线在 波段的平均星等 的巡天视场为 我们利用一个更大的搜索范围 获取 附近所有的源 限定与第 条天量级光变曲线有类似的观测时段(即 范围)和测光点个数后 计算所有剩余源的平均波段星等 最后挑出 个最接近 在此时的平均波段星等的源 对于挑出的 个源的同时段光变曲线 按照()式同样计算光变标准偏差 它们的平均值记作 标准偏差记作 类似文 按 ()估算第 条波段天量级光变曲线的光变置信度 表示置信度达到 的日内光变 表 展示了光变置信度估计的结果 期黄伟天等:伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究 表 每个观测窗口的平均星等与颜色 ()()()/()/()/()表 所有观测窗口的参数 和参数 ()()()()()即同时满足上述关系时 认为在波段表现出大于 的显著日内光变 在 的 个 观测窗口中 有 个窗口 波段和 波段均表现出显著的日内光变:窗口(见图)、窗口(见图)和窗口(见图)图 观测窗口()的 和 波段日内光变(上部两子图)个类似亮度 源的 和 波段光变标准偏差分布(下部两子图)其中蓝色和红色竖直虚线表示 的 和 波段光变标准偏差 ().()()特别地 在观测窗口 即 年 月 日 达到所有观测窗口的最亮水平表现出非常特殊的光变过程:在约 天内 和 波段分别持续变暗约 和 线性拟合光变曲线表明:在 和 波段的变暗率分别为 和 两个波段的光变曲线高度类似 与 星等之间的斯皮尔曼相关系数 据文献调研 这是首次报道关于 高置信度的中红外波段日内光变 另外 在 个观测窗口仅在 波段表现出大于 的显著光变(见图):窗口()、窗口()和窗口()文给出计算光变占空系数的方法为 (/)(/)()期黄伟天等:伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究 图 类似图 观测窗口()的光变情况 图 类似图 观测窗口()的光变情况 天 文研究与技术 卷图 类似图 从上至下反映观测窗口 和(和)的 波段光变情况 ()其中/()为光变曲线时长 为红移 当第 条天量级光变曲线表现出显著度大于 的日内光变时 取 否则 取 ()式给出 在 和 波段的占空系数分别为 和 明显小于文报道的占空系数(和)这显然是由于我们采用了更为保守、更为严格的光变标准(大于)而文仅要求 这个标准类似 另外 联合所有观测窗口 我们研究了流量方均根流量()关系 首先 将 星等转换为流量 单位为 然后 计算每个观测窗口的 波段平均流量及误差 方法见文的公式()和()剩余均方根()记作 常用来衡量光变曲线中剔除误差影响后的内禀光变 根据文()其中 为样本方差 误差的计算方法采用文的()式 每个观测窗口的 期黄伟天等:伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究 时长 存在差别 按照文对 进行了时长修正 有 个观测窗口(和)的样本方差 小于 说明误差主导 没能给出 值 图 展示了剩余 个观测窗口的平均波段流量与时长修正 之间的关系 两者之间的斯皮尔曼相关系数 置信水平 两者之间存在显著的线性相关性 图 中的黑色虚线为考虑误差的线性拟合结果()()()黑色点线表示截距固定为 时的线性拟合结果().()颜色变化分析利用 研究红外颜色变化的优势体现在和 两个波段的观测是同时性的 为进一步了解 的颜色变化 我们构建了长期和短期颜色星等图 星等作为横坐标 颜色 作为纵坐标 采用斯皮尔曼相关系数描述两者之间的相关性 同时 采用加权最小二乘法 拟合了颜色星等散点图:()为斜率 为截距 拟合时考虑颜色和星等的误差 类似文 表征颜色变化趋势为 时 源表现出变亮变蓝的趋势 的标准 计算了 和 波段的占空系数 结果分别为 和 本文联合 种统计方法 我们得出 在 和 波段的占空系数分别为 和 显著低于文的相应值 种方法中的 类似于 如果仅选择 作为日内光变标准 和 波段的占空系数分别为 和 接近但仍低于文的占空系数 显然 我们联合 种统计方法给出的占空系数值显著低的原因是由于仅挑选置信度大于 的日内光变 这个标准更为严格 但给出的日内光变可靠度也更高表 颜色变化分析结果 ()()()().()()从图 可看出长时标上 的 和 波段亮度变化幅度大:在所有观测窗口里(年 月至 年 月)波段星等变化了约 波段星等变化了约 另一方面 红外颜色()却未发生显著的变化(见图 和图)联合这两个观测事实 我们认为 的长期红外光变可用观测视角变化导致多普勒因子变化的简单机制来解释 文系统研究了 在天量级时标上的红外颜色变化 发现变亮变蓝的趋势普遍存在 本文发现 同样在大部分观测窗口表现出变亮变蓝的趋势 的日内光变能用喷流中的激波传播来解释 同时激波能引起依赖频率的短时标光变 从而导致变亮变蓝的趋势 联合所有观测窗口我们发现 的中红外波段光变存在显著的均方根流量线性相关 这表明在各种流量水平状态下(低态与高态)的光变是有关联性的 当源处于高态时光变更剧烈致谢:本文利用了广域红外巡天探测器提供的巡天数据 该项目由加州理工学院喷气推进实验室和亚利桑那大学联合执行 美国航空航天局()提供资金支持参考文献:.():.天 文研究与技术 卷 .():.毛李胜.伽马噪窄线赛弗特 型星系的长期红外光变和颜色变化.天文研究与技术():.():.?.():.:.:.():.():.():.():.:?.():.():.():.():.:.():.:./.:.():.():.:.():.:.():.期黄伟天等:伽马噪窄线赛弗特 型星系 的中红外波段光变性质研究 .():.():.():.:.():.():.():.(:.):().().().:.().().().()().(.)().:.: