耀变体多波段光变特征研究

Blazars are the most extreme class of active galactic nuclei (AGNs) and exhibit strong and rapid variability across the entire electromagnetic (EM) spectrum. The radiation mechanism is an important issue. However, it is still in dispute at higher frequencies. Besides spectral energy distribution (SED), variability has been one of the most powerful tools in revealing the nature of blazars. Variability and the relation between different energy bands provide very important constraints for the interpretation of the emission components. Our goals are to investigate the correlations between different energy bands (radio, optical, X-ray and γ-ray), and search for time scales in the light curves using the structure function (SF) method and then estimate the emission size, the magnetic field strength and the doppler factor. Another goal is to study the power spectral densities (PSDs) of different energy bands, and discuss the radiation mechanism. This study will help us to understand the variability of blazars and provide more information and constraints for the radiation mechanism.

耀变体(blazars)是活动星系核中活动性很强的一类天体，该类天体从射电波段到γ射线波段均探测到了辐射且存在剧烈光变。辐射机制问题是耀变体研究的核心问题之一，但高能γ射线波段的辐射机制尚存争议。仅根据能谱信息，很难对辐射机制进行更多限制，从而难以甄别何种机制更为有效。除了能谱之外，不同波段光变相关性信息以及由光变获得的辐射区物理环境能够为建立和区分辐射模型提供重要信息和限制。本项目基于这一思想，拟对耀变体进行大样本研究，研究射电、光学、X射线及γ射线等四个波段之间光变的相关性特点，同时采用结构函数法寻找光变时标并据此估计辐射区的尺度大小等物理参量，并且利用功率谱密度法研究不同波段光变的异同，进而对现有辐射机制进行探讨。本项目的开展，不仅可以更深入了解耀变体不同子类不同波段的光变特点，还将为进一步建立或改进耀变体高能辐射模型提供重要信息和限制，从而有助于耀变体高能辐射机制问题的解决。

随着观测技术的发展，耀变体观测已从单一波段拓展到了射电、红外、光学、X射线、伽马射线等波段，耀变体的观测和理论研究均进入全波段时代。通过多波段光变研究，人们对耀变体的认识逐渐增多，在耀变体的理解上取得了很大进展，但其辐射机制尤其是高能波段辐射机制还很难判别。耀变体的光变包含大量信息，为辐射机制模型研究提供重要参数限制。为此，本项目开展了大样本耀变体的多波段光变研究。研究了耀变体不同波段辐射的相关性，发现射电波段的光变和光学波段的光变存在明显的相关性，大部分耀变体光学波段领先射电波段从几十天到几百天，这说明射电和光学波段辐射有相同的起源，同时光学波段至少存在两种辐射成份，热辐射成份越多，这种相关性越弱；研究发现耀变体光学和红外波段，光学各子波段之间也存在明显的相关性，且没有发现时间延迟；利用结构函数、离散相关函数寻找耀变体的光变时标，发现耀变体PKS 2155-304存在317天的光变周期，这可能由于喷流中辐射物质团呈螺旋状运动导致的。研究发现耀变体PKS 0537-441,存在34-46天的中等光变时标，还发现存在24.5分钟的短时标剧烈光变，据此估计该天体辐射区的尺度大小4.33乘以10的14次方厘米，中心黑洞质量为2.3乘以10的8次方太阳质量。探讨了光变曲线的功率谱密度。获得了耀变体不同子类的光变特点，结果显示耀变体光变时，颜色发生变化，但变化模式不同，大部分（71.4%）平谱射电类星体（FSRQs）变亮时，颜色变红，而蝎虎天体（BL Lacs）则呈现相反的行为。平谱射电类星体的光变幅度比蝎虎天体大，平谱射电类星体红外波段光变幅度大于光学波段，BL Lac天体相反。 从整体上看，耀变体光学波段的光变大于射电波段的光变。这不仅加深了对耀变体光变的理解，而且对解决耀变体高能辐射机制问题具有重要意义。