Fermi耀变体光学波段能谱演化及其物理机制研究

Blazars exhibit large, rapid optical variabilities, which are always accompanied by spectral evolution. However, optical spectral behavior is complex. So far, blazars show no universal spectral behavior when their brightness vary. This has brought some difficulties for further study of its physical mechanism. At present, the optical observations are greatly increased, which provide the opportunity for the study of the spectral behavior and its physical mechanism. In this project, we plan to research the evolution of optical spectral index for a large sample of Fermi blazars with quasi-simultaneous optical observation data, and then to explore the spectral behaviors in different states on different time scales for different sub-classes of blazars. We also plan to investigate the relation between the spectral behavior and some factors, such as the amplitude of variability, the correlation of different optical sub-bands, the peak frequency of synchrotron radiation, energy injection, and the charged particle acceleration. We try to search for the intrinsic link between different spectral behaviors. We aim to explore their physical mechanism by quantitative and qualitative methods, and establish the corresponding physical model. This project will not only be helpful to understand the characteristics of blazar spectral evolution, but also deepen the understanding of the physical mechanism, and also contribute to the solution of the problem of the blazar radiation mechanisms.

耀变体光变往往伴随着能谱的改变，但光学波段能谱演化行为呈现复杂多样性。目前缺乏大样本的能谱研究，因此尚无耀变体光学波段能谱演化的清晰统一的图像，这为深入研究其物理机制带来了一定困难。当前观测数据量大大增加，为系统研究耀变体能谱演化行为及其物理机制提供了条件。本项目拟对费米耀变体进行大样本研究，利用准同时光学观测数据，全面系统梳理和研究耀变体能谱的演化规律，探究耀变体不同子类、不同时标、不同状态下能谱随亮度的变化行为，并挖掘其内在的规律性和特殊性。在此基础上，研究不同能谱行为与子波段光变幅度、子波段光变相关性、同步辐射峰频以及喷流中能量注入、粒子加速等因素之间的关系，寻找不同能谱行为之间的内在联系，并采用定量与定性结合的方式探索其物理机制，建立相应的物理模型。本项目的开展，不仅可以深入了解耀变体能谱演化特征，还可以加深对光变和能谱演化物理机制的理解，并且有助于耀变体整个辐射机制问题的解决。

耀变体光变往往伴随着能谱的改变，但光学波段能谱演化行为呈现复杂多样性。目前缺乏大样本的能谱研究，因此尚无耀变体光学波段能谱演化的清晰统一的图像，这为深入研究其物理机制带来了一定困难。当前观测数据量大大增加，为系统研究耀变体能谱演化行为及其物理机制提供了条件。本项目对费米耀变体进行大样本研究，利用准同时光学观测数据，全面系统梳理和研究耀变体能谱的演化规律，探究耀变体不同子类、不同时标、不同状态下能谱随亮度的变化行为，并挖掘其内在的规律性和特殊性。在此基础上，寻找不同能谱行为之间的内在联系，并采用定量与定性结合的方式探索其物理机制，建立相应的物理模型。. 本项目利用大样本的Fermi耀变体数据，研究发现了2种新的具有普遍特征的统一的能谱演化行为，分别是BSWB模式和RSWB模式，即当源变亮时，颜色逐渐变蓝，但越来越慢，直到最后不再变化，趋于稳定（BSWB模式），当源变亮时，颜色逐渐变红（redder），但越来越慢，直到最后不再变化，趋于稳定（RSWB模式）。研究发现，平谱射电类星体（FSRQs）主要为RSWB模式，蝎虎BL Lac天体既有BSWB模式，也有RSWB模式。本项目第一次构建了一个能够很好拟合各种能谱指数随流强变化关系的非线性连续函数。成功建立了一个两辐射成份的物理模型(热辐射成份+相对论性电子同步辐射成份，且两种成份谱指数不变)，给出了明晰的物理图像，成功解释了所有的能谱演化行为，弄清并解释了耀变体不同能谱行为特征之间的内在联系及其物理机制问题，该模型成功地把不同的能谱演化行为纳入了一个理论体系，并且可以涵盖以往的研究结果。. 本项目的完成，不仅成功统一了耀变体能谱演化的特征，还明晰了能谱演化物理机制的理解，并且有助于耀变体整个辐射机制问题的最终解决。