耀变体喷流伽马射线辐射区位置和外光子场的研究

Blazar is an ideal laboratory for studying the origin of the high-energy gamma rays. In the framework of leptonic models, it is consider that the high-energy gamma ray emission originates from the inverse Compton scattering of soft seed photons by the ultra relativistic electrons in jet. However, the source of the soft seed photons in the inverse Compton scattering progress is unclear. These seed photons originate either from the synchrotron radiation of relativistic electrons within the jet or from the radiation of some regions external to the jet, such as the accretion disk, the dust torus or the broad emission line clouds. It is closely link with the source of the external seed photons and the location of the gamma ray emission regions. Identifying the origin of external seed photons in blazar is also a diagnostic for the location of the gamma ray emission regions, and vice versa. The aims of proposals are that fitting the multiband spectral energy distributions (SEDs) of blazar, in the model fitting, we assume that the seed photons predominantly originate from both the broad line region and molecular torus, to study the origin of soft photons in inverse Compton scattering progress to produce the high-energy gamma rays, to study the origin of high-energy gamma rays, thereby, to constrain the location of the gamma ray emission region.

耀变体(blazar)是研究高能伽马射线的理想实验室。轻子模型认为blazar的高能伽马射线起源于喷流内极端相对论性电子的逆康普顿散射过程。然而，参与逆康普顿散射的种子光子的来源并不清楚，可能来源于喷流内，也可能来源喷流外某些区域(如:吸积盘，宽辐射线区或尘埃环)。喷流外软光子的来源和伽马射线辐射区的位置紧密的联系在一起，若能有效的研究blazar天体的外软光子的来源，就能很好的限定伽马射线辐射区的位置，反之亦然。本项目拟通过模型计算，拟合耀变体多波段的观测能谱，拟合中考虑双外光子场(宽辐射线区和尘埃环)的软光子，研究参与逆康普顿散射产生高能伽马射线辐射的外软光子的起源问题，研究高能伽马射线的起源，进而限定blazar喷流伽马射线辐射区的位置。

喷流是天体物理研究中普遍存在的奇特的天文观测现象。耀变体是活动星系核的一个子类，其喷流方向指向地球。耀变体全波段的观测为研究喷流物理提供了理想的实验室。耀变体喷流伽马射线的起源和辐射区位置一直是喷流物理中热点的问题。本项目主要开展2方面的研究工作：1）利用耀变体喷流辐射模型，考虑双外光子场（宽辐射线区和尘埃环），研究参与逆康普顿散射产生高能伽马射线辐射的外软光子的起源，研究耀变体高能伽马射线的起源，进而限定耀变体喷流伽马射线辐射区的位置。研究结果显示，3C 454.3伽马射线GeV能谱的“拐折”可能起源于电子谱的截断和Klein-Nishina效应；宽线区和尘埃环的外康普顿辐射能谱的叠加，其辐射区位置离中心黑洞的距离大约为几倍的宽线区尺度；3C 279闪耀的爆发可能由于宽线区或/和尘埃环的外软光子场能量密度变化引起的；GeV concave谱可能起源于轻子和强子的辐射过程的叠加。研究结果对理解耀变体喷流伽马射线的起源及辐射区的位置提供了重要限定。2）Fermi伽马射线源的统计分析：a)研究了Fermi源中幂律谱和曲率谱的区别，研究结果表明曲率谱可能是本征的，幂律谱可能由于观测光子数少的观测效应，这对理解伽马射线起源和辐射机制具有重要的参考价值。b)利用机器学习算法，评估了Fermi第三、四期中，BCU的光学分类；评估寻找unassociated源中可能AGN和脉冲星的候选体源；高同步峰BL Lacs样本中高置信度的TeV候选体。耀变体分类的研究，对理解耀变体的演化等喷流物理具有重要意义。