Fermi-LAT 高能伽马射线活动星系核的光学观测与研究

The Large Area Telescope onboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope (Fermi-LAT) continuously scans all the sky across the high energy (VH, 20 MeV-300 GeV) gamma-ray band every about three hours, which will produce roughly uniform VH gamma-ray light curves with day-week time resolutions over several years for a number of active galactic nuclei. Therefore, during operation of the Fermi-LAT, simultaneous data.can be obtained by any other telescopes. Although almost all of extragalactic VH gamma-ray sources are blazars, Fermi-LAT has detected VH gamma-ray emission from seven radio-loud narrow line Seyfert 1 galaxies (γ-NLS1s), challenging the formation of relativistic jets. This project will use the Tsinghua-National Astronomical Observatory of China 80cm optical telescope (TNT) to perform optical observations simultaneous to the Fermi-LAT gamma-ray observations for 33 VH gamma-ray bright blazars and γ-NLS1s. By studying the properties of optical variability, correlations between gamma-ray and optical variability, and correlations between variability and black hole mass/accretion rates, we will explore the formation of relativistic jets, the mechanisms of gamma-rays, the coupling between jets and accretion disks, and the relationships between γ-NLS1s and blazars.

Fermi-LAT 大约每3 小时对全天空高能伽马射线巡天一次，可在长达数年时间对大量活动星系核产生具有天-周时间分辨率且大致均匀的伽马射线光变曲线。在Fermi-LAT 运行期间，任何其它望远镜的观测都可得到同时性的多波段数据。尽管绝大部分河外高能伽马射线源是blazars，但Fermi-LAT 也探测到了7 个辐射高能伽马射线的射电噪窄线Seyfert 1星系（γ-NLS1s），这对相对论喷流形成条件提出了挑战。本项目旨在利用清华大学和国家天文台合作运行的80 厘米光学望远镜（TNT）对33 个高能伽马射线亮blazars 和γ-NLS1s实现与Fermi-LAT 的同时性光学观测。通过分析观测样本的光学光变特征、伽马射线光变与光学光变的相关性以及光变与黑洞质量和吸积率的关系探索相对论喷流的产生条件、伽马射线的产生机制、喷流与吸积盘的关系以及γ-NLS1s 与blazars 的关系。

耀变体（Blazars）是全波段电磁辐射都发生剧烈光变的一类极端活动星系核。不同时标上的光变可以探索不同尺度的物理性质。耀变体的快速光变被认为来自小尺度喷流团块的不稳定性或不规则性，而这样的小尺度是目前的观测技术所无法分辨的。因此，对耀变体快速光变的观测与研究能揭示其喷流的精细结构的物理信息。对长时标的观测与研究则能给出喷流进动等其它方面的物理性质。本项目主要利用清华大学-国家天文台的80厘米光学望远镜对一批耀变体开展长达数年的光学光变的观测，研究耀变体在多种时标尺度上的光学光变性质。光学观测分为密集采样的快速光变观测与长期观测两种模式。长期光学观测模式与Fermi-LAT的巡天观测的公开数据组成长时标的光学与高能伽马射线的同时性多波段联测。本项目取得了一些重要的研究成果。首次探测到低同步辐射峰值能量的耀变体（简称LSP） BL Lac快速光学光变的硬延迟现象，表明BL Lac的光学光变会发生软延迟与硬延迟的转换。软延迟与硬延迟现象在同一个LSP的快速光学光变中被观测到尚属首次，这类似于早已在高同步辐射峰值能量的耀变体（简称HSP）的快速X射线光变所发现的软延迟与硬延迟之间的转换现象。通过对HSP 1ES1959+650的6年观测，发现它基本不发生小时量级的快速光学光变，而LSPs则经常发生显著的快速光学光变。但1ES1959+650在多年的长时标上却表现出与LSP相似的光变性质。所得到的研究成果验证了耀变体的辐射机制、统一模型与几何结构。产生LSP光学同步辐射与产生HSP的X射线同步辐射的相对论电子的加速时标相对于冷却时标的主导性会发生变化，LSP的快速光学和X射线光变与HSP的异同均可用耀变体的同步辐射峰值能量的差异解释，LSP和HSP的喷流性质相似。