用LHAASO-WCDA对高能伽马射线耀变体进行实时监测研究

Blazars are a sub-class of Active Galactic Neclei, with their relativistic jets pointing to the Earth. The nonthermal particles in the jet can be accelerated to very high energies, and generally lose energy through synchrotron radiation and inverse-compton scattering. They exhibit drastic variability at almost all electromagnetic bands. High-synchrotron peaked BL Lac (HBL) as one type of BL Lac objects, can power the gamma-ray emission up to TeV band. Up to now, 74 AGNs have been detected in TeV band, of which 47 are covered by LHAASO. Water Cherenkov Detector Array (WCDA) of LHAASO will monitor these TeV AGN, with the advantage of high altitude, large area, large field of view and high duty cycle. Many potential TeV sources also may be discovered. We plan to conduct timing and spectral studies of these TeV sources, which will reveal the mechanism of very high energy gamma-ray emission, explore the origin of cosmic rays, and constrain the extragalactic background light (EBL).

耀变体是活动星系核的一个子类，它们的相对论性喷流正好对着我们。在喷流中粒子能被加速到极高的能量。一般认为，高能粒子中的电子通过同步辐射和逆康普顿散射耗散能量，产生的电磁辐射几乎在全波段有着剧烈的光变。BL Lac类耀变体中有一类称之为高频峰BL Lac天体（HBL），它们的伽马射线辐射能延伸到TeV能段，是甚高能伽马射线天文研究的热点对象。目前，包含HBL在内的74个活动星系核被探测到有TeV辐射。本项目将利用即将建成的高海拔宇宙线观测站（LHAASO）水契伦科夫探测器阵列（WCDA），对47个落在LHAASO视场中的AGN进行实时监测。得益于WCDA的高海拔、大面积、宽视场和全天候的特点，还有望发现大量新的TeV源。通过对所有被监测源的时变和能谱的研究，在甚高能伽马射线辐射机制、宇宙线起源及加速和河外背景光（EBL）等方面有所突破。

耀变体是一类有着多波段电磁辐射的活动星系核。它们的相对论性喷流被认为是宇宙中极为有效的加速器。耀变体中有一类称之为高峰频BL Lac天体，它们的伽马射线辐射能延伸到TeV能段。其众多的样本数量，成为河外甚高能伽马天文的主要研究对象。本项目利用高海拔宇宙线观测站的水切伦科夫探测器阵列（LHAASO-WCDA），对视场内的伽马射线AGN进行实时监测，并通过建立监测系统，利用LHAASO-WCDA大面积、大视场和全天候的特点，发现更多新的TeV源。我们通过最初确定的74个TeV耀变体筛选出了47个落在WCDA视场内的源为对象，建立了一个动态变化的监测列表。并收集源区及附近已经重建完成的事例，通过直接积分法估计背景从而计算出在不同空间格点的显著性分布。然后获得不同源区在不同的时间窗口上的探测显著性并标定流量。自2021年3月以来LHAASO-WCDA便进入全阵列观测阶段。截至目前为止将近两年的连续观测，基于我们的方法已经实现了对著名河外源Mrk 421和Mrk 501的持续流量监测。同时，对M 87的TeV观测也已经有了比较明确的结果，在约5倍标准偏差的置信度水平上探测到了伽马射线流量的超出。此外，还有若干候选源正在确认中。限于事例重建方面的一些技术难点，前述的这些探测都是在能量大于约1TeV的范围内。未来随着重建向低能端改进，探测到的河外源将呈现指数级的增长。本项目的工作在未来有望建立一个最大的甚高能河外源样本，从而对它们开展系统性的分析和研究。这对甚高能伽马射线的辐射机制、宇宙线起源等耀变体本身和基础物理前沿有着重要的研究价值。