活动星系核相对论性喷流的物理性质研究

The high energy emission of active galactic nuclei (AGNs) is dominated by the radiation of their relativistic jets. The composition, radiation efficiency, formation mechanism of relativistic jets, and the connections among accretion disk, broad line region, and relativistic jet, are the fundamental issues in the AGN field. This project investigates these issues by using the broadband observational data from space- and ground-based telescopes, especially from Fermi/LAT. The research contents are as following: (1) performing systematically the temporal and spectral analysis to the AGNs at GeV band with the Fermi/LAT data; (2) investigating the possible radiation contributions from the hadrons in core jets and from the extended regions in large-scale jets to explain the excess of the emission in TeV band, which exceeds the prediction of one-zone lepton models; (3) presenting a theoretical model to explain the broadband spectral energy distributions of the GeV radio galaxies and comparing the derived jet properties with blazars and GeV narrow line Seyfert 1 galaxies (NLS1s) based on our previous analysis; (4) exploring the possible connections of the jet properties to the accretion disk and broad line region with GeV-selected flat spectrum radio quasars and NLS1s. The results of this project would cast light on the high energy radiation properties and the formation mechanisms of the relativistic jets in AGNs. Our previous works and the preliminary results of this project demonstrate the feasibility of our proposed research goal.

活动星系核的高能辐射是由相对论性喷流辐射主导的。而相对论喷流的组分、辐射效率、形成机制、以及与吸积盘和宽线区的关联性是活动星系核研究中的基本问题。本项目将利用空间和地面望远镜宽波段观测数据研究活动星系核相对论性喷流的物理性质。主要研究内容为：利用Fermi/LAT巡天数据系统研究活动星系核喷流GeV能段的谱演化性质；基于轻子模型并考虑强子辐射和大尺度喷流延展区辐射的贡献，系统研究TeV能段辐射超出的物理起源；系统研究GeV射电星系宽波段能谱性质，并与blazar和窄线Seyfert 1星系的喷流性质类比；以平谱射电类星体和GeV窄线Seyfert 1 星系为对象研究喷流与吸积盘和宽线区的关联性。通过项目实施对活动星系核相对论性喷流的高能辐射性质和起源，以及喷流的驱动机制等基本问题有更深入的理解。相关研究内容均已开展了初步研究，证明了项目研究方法和技术路线的可行性。

按照计划完成课题研究。主要利用Fermi/LAT观测数据、结合其它多波段的观测数据研究活动星系核伽玛射线辐射特征，进而研究伽玛射线辐射起源。并通过比较研究不同伽玛射线辐射活动星系核子类的喷流物理参数理解相对论喷流物理性质和统一模型。作为负责人提交的射电星系喷流射电结构VLBA观测提案获得批准并完成了观测，与普渡大学合作利用VERITAS对GeV窄线赛弗特1星系爆发现象机遇性目标（ToO）观测提案也获得了批准。依托本项目发表和接受待发表SCI论文16篇，其中ApJ和MNRAS论文10篇，3名硕士研究生依托本项目完成毕业论文工作。举办全国性的专题学术会议一次。主要成果：（1）系统研究了一些高亮度伽玛射线辐射活动星系核GeV能段辐射特征，多数源呈现伽玛射线辐射流量越高谱越硬的行为，并结合射电核的射电波段观测数据，我们认为不同源的伽玛射线辐射区位置是不同的，有的是靠近黑洞在宽线区以内，有些则可能靠近射电核在pc尺度上，而且同一个源不同态时其伽玛射线辐射区位置也可能不同。（2）比较研究不同伽玛射线辐射活动星系核子类的喷流特征，发现射电平谱类星体和窄线赛弗1星系都遵从相同的δ—Lc关系，进一步说明两类源有相似的粒子加速机制和辐射机制。观测到射电星系和耀变体同步峰值频率与喷流功率的反相关，表明耀变体序列、包括伽玛射线辐射射电星系，本质上可能是由喷流功率主导。（3）发现大部分大尺度喷流节点和热斑的X射线辐射可能是起源于相对论性电子的同步辐射和对宇宙微波背景光的逆康普顿散射（IC/CMB），热斑和节点的差异源于聚束效应和本征坐标系下磁场强度的不同，并发现类似“耀变体序列”的“节点-热斑序列”，提出两类延展结构观测判据，并预言部分延展结构的伽玛射线辐射可能被Fermi/LAT探测到。