基于多波段观测的耀变体能谱分析.pdf

第 卷第 期 年月广州大学学报（自然科学版）（）收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（，）作者简介：黄宏任（），男，硕士研究生，：通信作者 ：引文格式：黄宏任，袁聿海基于多波段观测的耀变体能谱分析 广州大学学报（自然科学版），（）：文章编号：（）基于多波段观测的耀变体能谱分析黄宏任，袁聿海（广州大学 天体物理中心，广东 广州 ）摘要：文章采用了 个具有射电、中红外、近红外、光学到紫外波段数据的耀变体样本分析光谱特性和谱能量分布。计算出近红外光谱指数（）、中红外光谱指数（）；基于能谱拟合获得了峰值频率（）、峰值光度（）和抛物线曲率（）。主要结果如下：在中红外区域，光谱与亮度不存在相关性；在近红外区域，光谱与亮度呈弱反相关关系；在紫外区，光谱与亮度呈较强的反相关关系。对于低峰频耀变体，抛物线曲率 和 具有强相关性；对于中峰频耀变体，抛物线曲率 和 不具有相关性；对于高峰频耀变体，抛物线曲率 和 具有强反相关性。结果表明全部耀变体样本的谱指数 、与 之间具有很强的相关性。关键词：耀变体；光谱；能谱中图分类号：文献标志码：，（，）：，（），（），（），（），（）（），；，；，；，；，；，；、，：；耀变体表现出非常极端的特性，比如超光速、剧烈光变、核主导，等等。这些特征的来源是由于喷流具有沿着人们视线方向的视角 和被解释为具有黑洞、吸积盘、喷流结构的相对论非热辐射 。耀变体可以分为 个子类，即蝎虎座 型天体（）和平谱射电类星体（，），前者具有无典型发射线和吸收线特征的光谱或弱发射线 ，后者具有平谱射电光谱和典型的宽广州大学学报（自然科学版）第 卷发射线。一般来说，这两个子类之间的划分是基于发射线的等值宽度（，），其中 的等值宽度?，。根据同步峰频的位置，等 将耀变体分为 个子类：低峰频耀变体（，），；中峰频耀变体（，），；高峰频耀变体（，），。等 得出 的峰频比 的峰频高的结果。依照峰值位置，可分为低能峰蝎虎天体（，）、中能峰蝎虎天体（，）和高能峰蝎虎天体（，），而 可分为低能峰平谱射电类星体（，）、中能峰平谱射电类星体（，）和高能峰平谱射电类星体（，）。耀变体的谱能量分布（，）分为两部分：第一部分峰值位于射电至 射线波段，可能的解释是相对论性电子的同步辐射形成；第二部分峰值位于 射线至伽马射线波段，主要解释为极端相对论性电子对低能光子的逆康普顿散射 。耀变体的能谱已被许多论文研究过 ，比如，等 提出了射电流量密度（）、同步峰值频率（）和同步峰值流量（）之间的经验关系。比如，其中，是 流量密度，是同步峰值频率，是同步辐射的峰值流量。基于耀变体的幂律模型：，可以推导出一个抛物线函数，即 （），其中，是抛物线的曲率 。等 得到同步辐射的峰值频率和峰值光度之间存在明显地反相关结论。关于能谱，等 分析了 个耀变体得出结果：对于 ，对于 ，等 研究了 条 射线选 并获得范围为 的对数峰值频率。基于 能谱生成器工具，等 计算出峰值频率并得到 （）和 （）。许多耀变体的光谱指数与亮度之间的相关性已经被分析 。一般来说，表现出当光源变亮时，光谱变硬，当光源变弱时，光谱变软。部分 与 呈相似的相关性，其他 与 无相关性。样本基于来自多波段耀变体列表的耀变体（，），收集射电、中红外、近红外、光学和紫外数据，构建了 个耀变体样本（表 ），其中，包括 个 和 个 。射电数据从 收集，包含 个射电波段，分别是 、和 。中红外数据采集于 。近红外（、和 ）数据来自 ，并由尘埃消光量修正。光学数据收集于 ，紫外（和 ）数据来自 。利用尘埃消光对近红外、光学和紫外数据进行校正，?，?是修正星等，?是原始星等，?是来自 得到的校正值。中红外数据和校正的近红外、光学、紫外数据被转换成流量密度。光度采用关系式 来计算光度（），这里，是频率，是在频率为 时的流量密度，为光度距离，（）（）槡）（单位为 ）。对于没有红移的耀变体，用平均值 来表示，样本和光度（，单位为 ）已列于表 中。平均光度（单位为 ）如下：，第 期黄宏任等：基于多波段观测的耀变体能谱分析 ，。为了研究多波段光度之间的关系，采用线性拟合方法进行分析，（）（），这里 和 是斜率和误差，和 是截距和误差，是相关系数，为机遇概率，为去除红移效应后的相关系数。紫外与其他波段的相关性如图 所示。对应的线性拟合列于表 。表 个耀变体样本 图 多波段光度之间的相关性 注：实心圆圈代表 ，空心圆圈代表 。点线、直线和绿线分别表示 、和整个耀变体的 ，与 之间的线性拟合（表 ）。广州大学学报（自然科学版）第 卷表 与 ，的线性拟合 ，（）（）（）（）（）（）（）光谱指数样本数据包含 个波段，可分为 个区域：射电波段、中红外波段、近红外波段、光学波段和紫外波段。具体的划分如下：射电：、；中红外：、；近红外：、；光学：；紫外：，。在中红外、近红外和紫外区域，有两个以上的波段光谱指数，可以通过公式 计算，是频率在 处的流量密度，是常数。个区域的光谱指数分别标记为（中红外）、（近红外）和 （紫外），列于表 。表 结果的最大值、最小值、平均值 ，（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）基于 和 这两个光谱指数，分析 和 这两个子类之间的区别。和 表现出不同的分布，如图 （）所示，其差值 ，和 表现出相同的分布，其差值 ，如图 （）所示。基于样本，分析光谱和亮度之间的关系。在中红外区域（）（），其中，表现出无相关性；在近红外区域，（）（），其中，表现出弱反相关性。第 期黄宏任等：基于多波段观测的耀变体能谱分析图 和 中 和 分布和 检验 能谱用抛物函数来分析宽频能谱，比如 （），如果 ，则峰频为，峰频光度为，拟合曲线展示在图 。图 对 颗源进行了分析，轴为对数频率，轴为对数光度，曲线为抛物线。已经被列在表 中，其中，列 为名称；列 为 ；列 为 ；列 为 。的范围是 ，其平均值 。对于 ，平均值 （）；对于 ，其平均值是 （）。其结果显示 （）（），与 的分布与累加关系如图 （）所示，差异为 ，相同分布的概率为 ，可见 和 的峰值频率分布不同。广州大学学报（自然科学版）第 卷图 从 到 的拟合曲线 表 峰值频率、峰值光度和 颗耀变体的曲率 ，（）（）的范围是 ，其平均值是 ，对于 ，平均值 （）；对于 ，平均值 （），结果表明 （）（）这 个子类（和 ）的分布和 检验结果如图 （），其差值 ，出自同一分布的概率是 ，结果表明 （）和 （）之间具有明显的差异。图 和 的 和 分布 第 期黄宏任等：基于多波段观测的耀变体能谱分析 讨论和结论本文获得的有效光谱指数如表 ，两个区域光谱指标（、）之间的相关性，如表 和图 。发现 的 和 之间有很强的相关性，全体耀变体的 和之间也有很强的相关性，其相关系数分别为 和 ，但 的 和 之间没有相关性。结果表明，在 和 两个光谱指数中，的相关性强于 。表 样本的有效光谱指数 统计类别 表 参数的线性拟合 （）（）（）（）（）（）图 和 ，之间的相关性 ，广州大学学报（自然科学版）第 卷众多论文分析了光谱与亮度之间的关系。一般来说，表现出当光源变亮时，光谱变得平坦，当光源变暗时，光谱变得陡峭。但是 没有显示类似的属性，并且发现，随着频率的增加，光谱与亮度的相关性越来越强。进一步考虑这两个子类，对于中红外、近红外和紫外区，相关性分别为 、和 ；对于 ，相关性分别为 ，和 ，与整个样本的结果保持一致。结果表明，在中红外区域，光谱与亮度的相关性不明显；在近红外区域，光谱与亮度呈弱反相关关系。在紫外区，光谱与亮度呈较强的反相关关系。这一结果表明，随着频率的增加，其亮度与光谱的相关性越来越强，这与 的性质一致。等 研究发现 的峰值频率高于 的峰值频率。等 分析了 个耀变体的宽频带能谱获得 和 的平均峰频分别为 （）和 （）。等 利用 能谱创建工具分析峰值频率并获得 和 的平均峰频分别为 （）和 （）；获得平均值 （），（）。其结果与 等 和 等 的结果保持一致。和有效谱指数（，）的相关性已经被展示在图 ，且线性回归结果列在表 中。、和整个耀变体的 与 之间都具有强相关性，相关系数分别为 、和 ；在 和 之间也都具有强相关性，相关系数分别为 、和 。结果表明，和有效谱指数具有很强的相关性，这与 等 提出的 和、具有线性拟合关系的结论保持一致。抛物线曲率 是一个非常重要的参数，它可以反映能谱峰的曲率。等 指出加速效率与加速粒子的能量成反比，因此峰值频率和 之间具有负趋势是可以预期的。峰值频率 与曲率 之间的反相关已经被众多论文研究 ，。基于样本，得到曲率 的范围为 ，平均值 。对数 与曲率 的分布如图 所示。图 峰值频率和抛物线曲率 之间的相关性 根据低能峰的位置，等 将 分为个子类：，低峰频耀变体（）；，中峰频耀变体（）；，高峰频耀变体（）。在图中，填充的圆圈和红线代表 ，空心的圆圈和绿色的线代表 ，十字和蓝色的线代表 。对于 ，与 具有很强的反相关性，（）（），相关系数 ，；对于 ，与 没有相关性；有 个点偏离了主要分布，由矩形区域标出。若去掉 个偏差点，与 呈弱反相关，（）（），相关系数 ，。对于 ，与 具有较强的反相关性，（）（），相关系数 ，。、的 与 之间存在不同的相关性。原因可能来自数据分布。对于 、和 ，分别有 、和 的耀变体缺乏射电观测数据。由于没有射电数据，整个数据的频率范围较窄，抛物线曲率 与其他源偏离，使 与 的相关性减弱。特别是，整个 个偏离点都没有无线电观测。参考文献：，：，：，：，：，第 期黄宏任等：基于多波段观测的耀变体能谱分析 ，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，？，（）：，：，（）：，：，：，：，（）：，：，：，（）：，广州大学学报（自然科学版）第 卷 ，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：【责任编辑：陈钢】