RGD及NLSY1伽马波段的流量分布及RMS-Flux关系研究.pdf

.天 文 研 究 与 技 术 第 卷 第 期 年 月:./.及 伽马波段的流量分布及 关系研究王 娜 易庭丰 普治元 张 顺 王 亮 陈雨潼(.云南师范大学物理与电子信息学院 云南 昆明 .广西相对论天体物理重点实验室 广西 南宁.云南省中马 先进射电天文技术国际联合实验室 云南 昆明)摘要:研究了 第 期目录中的射电星系()以及窄线型赛弗特星系()的 射线流量分布特征及均方根流量()的线性关系 基于这两类活动星系核的 射线流量数据处理 用高斯函数和对数正态函数对其流量分布进行了拟合 通过 检验()、检验()及约化卡方()发现 射电星系及窄线型赛弗特星系 的分布都更加符合对数正态分布而非高斯分布 这表明其光变可能具有非线性和乘法性质 此外 还分别对这两类源的两种不同分组的均方根流量关系进行了线性拟合 发现了均方根流量有极强的线性相关性且斜率都为正关键词:射电星系 窄线型 伽马射线 中图分类号:文献标识码:文章编号:()根据光度和发射线的性质 活动星系核()可以分为类星体()、赛弗特星系()、低电离核发射线星系()、射电星系等 不同类型的活动星系核是由不同的吸积率和不同的视线方向导致的 赛弗特星系相对类星体来说是一种低光度活动星系核 窄线型赛弗特星系 是一类具有高度可变、相对较窄的发射线线宽()和较弱的禁线(/)和 中也发现了这种对数正态分布 在 观测到的最亮的耀变体 光变曲线中也发现类似的趋势 长期流量分布的研究对于分析和表征天体物理光源的变化至关重要 近年来由于观测天体物理学的发展对长期流量分布提供了重要条件流量的对数正态分布意味着辐射是由乘法过程驱动而非加性过程 在赛弗特星系和 射线双星等黑洞驱动源中 射线流量分布的对数正态性被广泛认为是吸积盘波动的结果 因此 射线的对数正态流量分布可能是受到吸积盘中调制的影响 但是 波段辐射是相对论聚束的 那么类星体 波段的流量对数正态分布可能是喷流的不稳定性 或者喷流几何结构变化和投影效应组合引起的 伽马射线源的对数正态流量分布不是由单一因素主导 而是源于多种相互影响因素 比如磁场能量密度、高能粒子密度以及种子光子密度等本文利用费米卫星自 年 月至 年 月的 射线光变曲线数据研究了射电星系和窄线型赛弗特星系 的流量分布特性 即流量分布及均方根流量的关系 本文从费米大面积望远镜第四期目录中选取 个射电星系和 个窄线型赛弗特星系 作为样本 费米望远镜对这些源间隔 天的频率持续监测()为我们分析这些源的光变曲线(时间序列)提供条件 我们使用直方图、均方根流量描述流量分布特征 并且对流量分布直方图进行高斯拟合及对数正态拟合 样 本 年 月发射的 射线空间望远镜()以大面积望远镜()为主要载体 它提供了瞬态 射线源几乎一致且连续的持续观测 具有最长且采样最均匀的 射线数据 大面积望远镜的高占空比和长期监测使其成为研究时域天文学的重要工具 提供了数千个瞬态和可变光源的识别和定期观测 最新目录已经更新到 中光变指数大于 的 个源包括 个射电星系和 个窄线型赛弗特星系 其中包括以 天、周、个月为间隔的数据 我们选择从 年 月至 年 月以 天为时间间隔且最小检测显著性为()的光变曲线作为研究对象 它们为流量分布和均方根流量关系的研究提供了更多数据 流量分布研究流量数据的直方图可以表征流量的分布 它是流量分布可视化的重要工具 图 展示了射电星系和窄线型赛弗特星系 的流量分布直方图 大部分直方图显示一个突出峰值和高流量尾部 为了进一步理解分布情况 我们对流量分布直方图进行高斯拟合和对数正态拟合 除了直方图可以判断分布特性之外 我们还对流量的正态性和对数正态性分别进行了 检验、检验以及计算约化卡方 如表 结合 检验和 检验结果我们可以看到 无论是射电星系或者是窄线型赛弗特星系 的流量分布都拒绝了正态分布 他们的流量分布更加服从对数正态分布 结合约化卡方也可以看到 这两种的流量分布更加服从对数正态分布流量分布的正态性有加法模型和乘法模型 在加法模型中 观察到的流量是几个区域贡献的总和 根据中心极限定理()可知 此时流量的总和遵从正态分布 在乘法模型中 流量自然产生对数正态性分布 令 是大量各向同性区域流量 的乘积 即 ()()()()()期王 娜等:及 伽马波段的流量分布及 关系研究图 波段射电星系和窄线型赛弗特星系的流量分布直方图(图中红色线代表高斯拟合 绿线代表对数正态拟合)()天 文研究与技术 卷表 射电星系和窄线型赛弗特星系 的 射线通量分布的对数正态和正态分布拟合参数 ()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()那么 的对数是 的对数和 根据中心极限定理 对数 遵循正态分布 即 遵循对数正态分布 年 文提出均方根和流量的关系可以解释为流量对数正态分布的结果 假设 是随机变量 的函数()对于对数正态分布来说 为指数函数 为正态分布 在 附近波动 在()附近波动 在()附近通量的方差为()()当流量与()成正比时 线性流量均方根关系等价于()().()该式是指数函数的定义之一 当且仅当流量是基础变量的指数时 平均流量与均方根成正比 例如流量的对数正态分布 因此流量分布的对数正态性意味着均方根流量的线性关系 均方根流量关系均方根流量在活动星系核和 射线双星中普遍存在 在 射线双星中 它可以在较短的时间尺度内进行具有高度意义的探测 和 等活动星系核的 射线光变曲线的最新研究也存在均方根流量关系 年 文提出均方根和流量的关系可以解释为流量的对数正态分布的结果 年 文提出了“”这种模型认为正态分布和对数正态分布都可以解释为更一般的偏态分布 如帕累托分布()在这种情况下 已发现由此产生的通量分布也具有均方根流量关系如图 及图 个射电星系以及 个窄线型赛弗特星系 分别以 个数据点为一组及 年时间间隔内数据为一组的均方根流量拟合图都有不同程度的线性关系 如表 我们分别对射电星系和 期王 娜等:及 伽马波段的流量分布及 关系研究图 射电星系和窄线型赛弗特星系 取 个数据点为一组的均方根和流量线性拟合 天 文研究与技术 卷图 射电星系和窄线型赛弗特星系 以 年时间间隔数据()为一组的均方根和流量线性拟合 ()期王 娜等:及 伽马波段的流量分布及 关系研究表 个数据点为一组和 年时间间隔内数据为一组的射电星系和窄线型赛弗特星系 的斜率和皮尔森系数 ()窄线型赛弗特星系 拟合这两种不同分组的均方根流量关系并且计算皮尔森相关系数 皮尔森相关系数衡量均方根和流量的相关密切程度 当相关系数的绝对值越大且越接近 时 表明均方根和流量相关性越强 相关系数为 表明两者的相关性极强 两种不同分组情况都支持均方根流量的线性关系 在两种分组情况下 射电星系和窄线型赛弗特星系 的皮尔森相关系数都大于 他们的均方根和流量之间都有强线性关系 射电星系与窄线型赛弗特星系 的斜率都大于 且射电星系的均方根流量的斜率稍微比窄线型赛弗特星系 大 结果和讨论类星体的长期通量分布对研究光变起源和性质有重要意义 射线流量的概率密度函数()可以为高能发射过程提供重要线索 在 射线波段的分析下 流量直方图和均方根流量描述了 个射电星系和 个窄线型赛弗特星系 源的特征 这些源的直方图除了显示出一个突出的峰之外 在流量变化方面都具有数量级的典型宽度 以及一个延伸的高流量尾部 因此 我们对时间跨度为 年的流量分布直方图进行高斯和对数正态拟合 从结果来看 大部分源的对数正态拟合比高斯拟合更好地描述了直方图 除了研究流量的分布特性外 我们还对这些源进行两种不同情况分组的均方根流量拟合 在 的置信度条件下提供了线性拟合图及皮尔森相关系数 由此可见流量与均方根之间呈现正向强线性相关性 射线和 射线波段流量的对数正态通量分布及均方根流量关系在 射线双星和活动星系核中已经发现 流量呈对数正态分布及强线性均方根流量关系的原因也已经在很多文章中解释 射电星系和窄线型赛弗特星系 的流量分布呈现对数正态暗示着此两类活动星系核中的磁盘喷流连接 另外 我们可以将正态分布和对数正态分布解释为更一般的偏态分布类别的特殊情况 例如具有不同程度的偏态的帕累托分布 在相对论喷流的背景下 流量分布的对数正态性可能是坡印亭流量占主导地位的喷流具有在发射区域内各向同性分布的小型喷流 在这种“”的模型天 文研究与技术 卷产生的通量分布保持均方根流量关系我们选择在“”模型下讨论对数正态分布以及均方根流量线性关系 在该模型中相同、独立且随机定向的小喷流遵循帕累托分布 在这种模型下 流量分布可能符合高斯分布也可能符合对数正态分布 这两种分布都可以呈现本文中的线性均方根流量关系 流量的对数正态分布暗示着均方根流量关系 我们分析在两种分组情况下的均方根流量均有强相关性且其斜率整体大于 由此可以初步推断射电星系和窄线型赛弗特星系 的均方根关系的强相关性属于内在属性 可能是类星体光变性和类似时间序列的一般性质 这种性质是否具有一般性还需要更多的数据支持 所有可能因素 例如可变磁场和高能粒子的密度、粒子加速作用下的光子密度和扩散过程 以一种复杂的方式耦合 从而导致流量的对数正态分布 总 结我们通过 里射电星系及窄线型赛弗特星系 的直方图流量分布及均方根流量分布探究了 射线波段的光变特性 结果表明 一般情况下 这两种类型的流量分布直方图与高斯分布相比更加服从对数正态分布 但是无论流量的直方图更加趋向于何种分布 在我们分析的源中 均方根流量都呈现强线性相关性 上述特征与磁重联驱动的“”的预计统测特征大体一致 在这个模型中的帕累托分布表明 流量分布既可能服从高斯分布又可能服从对数正态分布 均方根流量存在线性关系参考文献:黄克谅.类星体与活动星系核.北京:中国科学技术出版社.:.:.:.():.:.:.:.():.():.():.期王 娜等:及 伽马波段的流量分布及 关系研究 .:.:.():.:.():.:.:.:.():.():.():.():.():.():.():.:.():.():.():.():.天 文研究与技术 卷 ./.:.():.:.():.():./:.:.(.:.):()().: