耀变体喷流内电子能谱形成和高能辐射机制研究

The different electronic energy distrubution (EED) produces different electromagnetic spectrum in the jet emission region of blazar. It is considered that shaping the EED in the region depends on the magnetic field distribution, layered structure of bulk Lorentz factor, and the physical processes, such as electron acceleration / cooling, injection, escape and so on. Using the observed multi-wavelength spectra energy distribution (SED) to determine the EED and then study on the formation mechanism of EED are a valid approach for constraint on the microphysics of jet. Since the electron it with a Maximum Lorentz factor lose the energy could produce the gamma-ray photons in the radiation region, the high-energy radiation mechanism for blazars will play an important role in determining the magnetic field distribution, layered structure of bulk Lorentz factor, and electron energy gain / loss process in the emission region. The aim of this project is to systematically study the electronic spectrum which generated by different physical conditions and physical processes in the jet emission region, and employ these EED to some special SEDs in gamma-ray energy bands. These work will determine the formation mechanism of both the energy spectra break in GeV gamma-ray energy band and a harden spectrum in TeV gamma-ray energy band and the physical environment. Based on the determinate environment of emission region, we construct a inhomogeneous jet model. On the other hand, it is expected to find a reasonable magnetic field distribution and layered structure of bulk Lorentz factor in the jet.

耀变体喷流辐射区内不同的电子谱产生不同谱形的电磁辐射能谱，而电子谱形成又依赖于辐射区内的磁场分布、体洛伦兹因子结构，以及电子的加速/冷却、注入、逃逸等物理过程。利用观测的电磁辐射能谱确定其电子谱，并对该电子谱形成机制进行研究是确定喷流辐射区物理条件和物理过程的有效途径。由于辐射区内最大洛伦兹因子的电子损失能量产生伽玛射线光子，因此，耀变体高能辐射机制的研究对确定辐射区磁场分布、体洛伦兹因子结构，以及电子能量获得/损失过程有重要意义。该项目将系统地研究喷流辐射区内不同物理条件和物理过程产生的电子谱，利用这些电子谱对耀变体的的一些特殊的高能辐射能谱进行研究，确定耀变体GeV伽玛射线能谱“拐折”和TeV伽玛射线“硬谱”形成机制和对应的辐射区物理条件，以此物理条件为依据，建立非均匀喷流辐射模型。上述研究工作有望找到合理的耀变体喷流辐射区内部磁场分布和喷流体洛伦兹因子分层结构。

由于辐射区内最大洛伦兹因子的电子损失能量产生伽玛射线光子，因此，耀变体高能辐射机制的研究对确定辐射区磁场分布、体洛伦兹因子结构，以及电子能量获得/损失过程有重要意义。本项目系统地研究喷流辐射区内不同物理条件和物理过程产生的电子谱，利用这些电子谱对耀变体的的一些特殊的高能辐射能谱进行研究，确定了耀变体GeV伽玛射线能谱“拐折”和TeV伽玛射线“硬谱”形成机制和对应的辐射区物理条件，以此物理条件为依据，建立了非均匀喷流辐射模型。.本项目在耀变体喷流内电子能谱形成和高能辐射机制方面取得了系列研究成果: (1)引入了一个解析的粒子输运模型计算耀变体的多波段辐射能谱分布，清晰地刻画了不同的加速和冷却机制对能谱的谱形影响。(2)假设电子在激波上游通过扩散和对流获得能量，然后漂移到位于平面激波的下游。当激波上游区域的电子洛伦兹因子远小于平衡洛伦兹因子时，加速粒子将呈现拐折幂律分布形式。如果在激波不连续面存在适当的边界条件，在激波下游可以获得一种新的粒子分布。(3)建立了一个含时的粒子演化模型，在粒子输运方程中，由于引入时间相关的电场和磁场，而导致其它相关的物理量也随时间变化。粒子输运方程的数值结果表明：耀变体的光曲线轮廓与时间相关的电磁场导致的粒子谱演化一致，而不是加速或冷却过程的影响。(4)考虑到喷流几何结构的自相似性，传统的粒子输运模型中在粒子输运方程中引入位置相关的体洛伦兹因子，同时，考虑了磁重联电场，静电场加速导致的粒子分布。我们注意到，在多波段谱能量分布的特征演化中，峰值频率“漂移”、X射线和GeV-TeV伽玛射线波段孤立耀发都为耀变体喷流提供了重要的静电加速特征。（5）在单区轻子模型中，考虑宽线区和尘埃环双外光子场，发现3C 454.3的GeV能谱“拐折”起源于宽线区和尘埃环的外康普顿辐射能谱的叠加。（6）利用包含两个独立的辐射成分的模型解释极高能峰频蝎虎天体（EHBLs）的“硬谱”特征，并讨论了星际磁场对级联谱的影响以及湍动加速区的位置。.另外，本项目在耀变体多波段辐射特性和分类研究方面也取得进展：（1）发现SSC模型参数与观测量之间的相关关系；（2）在Fermi样本中发现一批新的AGN候选体和TeV候选体（3）四期费米样本中部分LBLs可能被误判为FSRQs。