特殊BLLac型天体的VLBI观测研究*

吴忠祖，蒋栋荣，顾敏峰，刘 怡

(1.贵州大学理学院，贵州 贵阳 550025;2.中国科学院上海天文台，上海 200030)

活动星系核(Active Galactic Nuclei，AGN)是一类有着剧烈活动现象的天体，存在于活动星系的中心。BL Lac型天体是一类特殊的活动星系核，属于低光度的一类射电源，特点是发射线比较暗弱，具有从射电到X射线甚至伽玛射线全波段的电磁辐射。根据活动星系核统一模型［1］，BL Lac型天体被认为是低光度的射电星系，一般指FR I型射电星系，二者的区别仅仅在于喷流与视线方向的夹角不同，BL Lac型天体的喷流与视线方向的夹角比较小，集束效应非常强。

BL Lac型天体早期一般是通过射电或X射线巡天发现的，通过射电巡天发现的叫射电选BL Lac型天体(RBLs)，通过X射线巡天发现的叫X射线选BL Lac型天体(XBLs)。然而这种根据探测波段的分类方法不能反映本身的物理性质，随着多波段巡天灵敏度的提高，很多BL Lac型天体既是RBLs又是XBLs。Padovani［2］等1995年建议通过这些天体的同步辐射峰值频率分类，分为低辐射峰值频率源(LBLs)，中间辐射峰值频率源(IBLs)，以及高辐射峰值频率源(HBLs)。

不同峰值频率BL Lac型天体存在着性质上的差异，其中包含了视角模型(认为这种不同峰值频率是由于它们的视角不同造成的)以及Blazar序列［3］。天体的光度越高，它们内部电子具有更大概率损失能量，受到冷却效应越明显，所以它们的辐射峰值频率向低处移动。

目前关于不同类型BL Lac天体的区别主要是Blazar序列，不过面临很多质疑，其中文［4］认为Blazar序列有很多不合理之处。不同类型BL Lac型天体的区别与联系需要更多的观测与理论支持。而VLBI是一种有效的手段，通过VLBI观测可以得到BL Lac型天体的射电结构、偏振方向，估计核的亮温度，结合X射线辐射流量可以约束多普勒因子的大小，利用多波段VLBI观测可以研究致密核区与喷流结构的频谱，多历元的VLBI观测可以得到喷流致密结构分量的运动，另外如果能够得到BL Lac型天体的多普勒因子，就可以研究喷流与视线方向的夹角，所以VLBI是研究BL Lac型天体结构及性质的重要手段。

1 BL Lac型天体VLBI观测背景介绍

目前对BL Lac型天体的VLBI观测主要是针对射电流量比较高的低峰值频率BL Lac型天体以及一些具有特殊性质的其他类型BL Lac型天体，具体结果如下。

VLBI的观测显示大部分的低峰值频率BL Lac型天体具有视超光速运动［5］，而TeV BL Lac源(大部分是高峰值频率BL Lac型天体)具有弱的相对论运动［6－8］。文［9］作者观测了15个高峰值频率BL Lac型天体，其中3个BL Lacs来自于RGB样本，他们发现高峰值频率BL Lac型天体与大部分低峰值频率BL Lac型天体一样，在秒差距尺度上具有核－喷流结构，在千秒差距尺度上有一定的弥散。另外，高峰值频率BL Lac型天体的喷流一般比较准直，似乎表明高峰值频率BL Lac型天体的喷流本身就比较准直或者是他们的视角比较大。文［10］选择了30个红移比较低的BL Lac型天体进行了VLBI观测，观测结果显示大部分高峰值频率BL Lac型天体的秒差距尺度与千秒差距尺度的喷流方向基本是一致的。高峰值频率BL Lac型天体的喷流具有很少的弯曲和弥散，被认为是比低峰值频率BL Lac型天体具有更大的视角。另外在RGB样本［11］中选择了7个BL Lac型天体进行了VLBI多波段观测研究，这其中有3个为中间峰值频率BL Lac型天体，其余的为高峰值频率BL Lac型天体，研究结果得到了它们的自行信息，部分源存在视超光速现象，不过相对于一些典型的低峰值频率BL Lac型天体，它们的视超光速还比较小。总体来说具有高分辨率VLBI观测的BL Lac型天体的数量还不是很多，对于研究不同类型BL Lac天体在射电结构以及辐射性质方面的差异以及不同能谱分布形成的原因，还需要进一步的对高峰值频率BL Lac型天体、极高峰值频率BL Lac型天体以及一些具有特殊性质的BL Lac型天体进行射电观测研究。

2 IBLs的射电结构研究

文［11］作者从ROSAT X射线巡天观测中得到了127个BL Lac型天体，通过研究发现这些样本的BL Lac型天体的性质介于典型的射电选BL Lac型天体以及X射线选BL Lac型天体之间。

在这些样本中选择了7个源进行VLBI观测见表1，发现了如下结果 (详见文［12］):

(1)观测的7个BL Lac型天体的喷流在秒差距与千秒差距尺度上喷流的方向变化较小，更倾向于准直的喷流，这个结果与典型的高峰值频率BL Lac型天体比较类似，一般认为这些源的喷流与视线方向的夹角较大造成的。

(2)拟合了3个BL Lac型天体的分量的运动，发现其中两个存在视超光速运动，2.4c与5.6c，并且发现源中的不同分量视速度也不同，随着距核距离的增大而增大。

(3)利用同步自康普顿模型以及均分模型方法计算得到的多普勒因子偏小(见表1)，说明这两种计算多普勒因子的模型都存在一定的局限性，对于中间峰值频率BL Lac型天体并不适合。

表1 VLBI观测结果信息Table 1 A summary of our VLBI observational results

3 UHBLs的射电结构研究

文［13］提出了可能存在峰值频率比较高的一类BL Lac型天体，它们的峰值频率远高于一般的高峰值频率BL Lac型天体，有的甚至logν_peak＞19，这些源被称为极高峰值频率BL Lac型天体(ultrahigh-energy synchrotron peak BL Lacs，UHBLs)。极高峰值频率BL Lac型天体的同步辐射峰值频率大于100 keV，极有可能在伽玛波段看到同步辐射产生的成分［14－15］。通过对大样本BL Lac型天体的多波段数据拟合得到了22个极高峰值频率BL Lac型天体。利用欧洲VLBI网对其中9个峰值频率logν_peak＞20的源进行VLBI观测，发现这些源具有单边喷流结构，并存在一定的偏振，初步结果见图1。利用EVN、Merlin等对极高峰值频率BL Lac型天体的研究，目前正在做进一步的分析。

图1 UHBLs的VLBI偏振结果图Fig.1 VLBI contour maps of two UHBLs(indicating polarization)

4 具有X射线喷流的BL Lac型天体的射电观测研究

X射线喷流通常在喷流与视线方向夹角较大的FR I与FR II型射电星系中发现，对于BL Lac型天体一般认为由于它们喷流的方向与视线方向的夹角比较小，很难被发现，到目前为止只有4个BL Lac型天体被观测到存在千秒差距尺度的X射线喷流，包括1ES2007+77、PKS0521－365、PKS2201+044、3C 371［16］。其中一个源PKS0521－365的喷流视角在文［10］中已经给出了一定的讨论，对1ES2007+77的喷流视角也有了一定的分析，具体如下。

PKS0521－365是一个EGRET源，这个源同时具有光学与射电喷流，与邻近射电源M87的喷流比较像，千秒差距尺度射电喷流与光学喷流有很好的重合，这个源没有视超光速运动，在秒差距与千秒差距尺度上喷流的方向非常准直，证明这个源的喷流与视线方向的夹角比较大［10］。

利用EVN观测数据对2007+77进行了观测研究［17］，主要是由于这个源具有混合FR I与FR II的喷流性质，具有很强的光变，是一个日内光变源(IDV)，通过能谱拟合也发现这个源是一个低峰值频率BL Lac型天体［15］。这些现象都说明这个源可能具有比较大的多普勒增亮因子，喷流方向与视线方向的夹角比较小。通过研究发现秒差距与千秒差距尺度喷流的方向有10°～20°的偏折。另外利用EVN射电结构得出的关于这个源的亮温度大约1011.2～1011.8，假设均分亮温度为5×1010K，相应的多普勒因子为3.2～12;另外在1.6 GHz与5 GHz分别发现了核区存在光变，得出了光变亮温度为1013.6K以及1014.0K，相应的多普勒因子为9.3与12.4。这些现象以及数据反映了这个源具有较强的多普勒增亮效应，喷流与视线方向的夹角比较小，而又存在大尺度的喷流，说明这个源本征的喷流尺度应该是比较大的。

5 总结

给出了关于特殊BL Lac型天体的一些研究结果以及目前的一些进展，包含中间峰值频率BL Lac型天体、极高峰值频率BL Lac型天体以及具有X射线喷流的BL Lac型天体。随着多波段天文观测设备性能越来越好，相应的天文观测数据越来越多，将会发现越来越多的具有特殊性质的BL Lac型天体，而VLBI是目前唯一的高分辨率观测手段，在BL Lac型天体的研究中也将发挥越来越重要的作用。

［1］Urry C Megan，Padovani Paolo.Unified schemes for radio-loud active galactic nuclei ［J］.Publications of the Astronomical Society of the Pacific，1995，107:803－891.

［2］Paolo Padovani，Paolo Giommi.The connection between X-ray and radio-selected BL Lacertae objects［J］.The Astrophysical Journal，1995，444(2):567 －616.

［3］Fossati G，Maraschi L，Celotti A，et al.A unifying view of the spectral energy distributions of blazers［J］.Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，1998，299(2):433－448.

［4］Padovani Paolo.The blazar sequence:validity and predictions ［J］.Astrophysics and Space Science，2007，309(1-4):63－71.

［5］Jorstad Svetlana G，Marscher Alan P，Mattox John R，et al.Multiepoch very long baseline array observations of EGRET-detected quasars and BL Lacertae objects［J］.The Astrophysical Journal，2001，556(2):738 －797.

［6］Giroletti M，Giovannini G，Feretti L.Parsec-scale properties of markarian 501 ［J］.The Astrophysical Journal，2004，600(1):127 －140.

［7］Giroletti M，Giovannini G，Taylor G B，et al.A sample of low-redshift BL Lacertae objects.II.EVN and MERLIN data and multiwavelength analysis ［J］.The Astrophysical Journal，2006，646(4):801－814.

［8］Piner B Glenn，Edwards Philip G.The parsec-scale structure and jet motions of the TeV Blazars 1ES 1959+650，PKS2155 －304，and 1ES2344+514 ［J］.The Astrophysical Journal，2004，600(1):115－126.

［9］Rector Travis A，Stocke John T.High-resolution radio imaging of gravitational lensing candidates in the 1 Jansky BL Lacertae sample ［J］.The Astronomical Journal，2003，125(5):2447 －2454.

［10］Giroletti M，Giovannini G，Taylor G B，et al.A sample of low-redshift BL Lacertae objects.I.the radio data ［J］.The Astrophysical Journal，2004，613(2):752 －769.

［11］Laurent-Muehleisen S A，Kollgaard R I，Feigelson E D，et al.The RGB sample of intermediate BL Lacertae objects ［J］.The Astrophysical Journal，1999，525(1):127 －143.

［12］Wu Zhongzu，Jiang Dongrong，Gu Minfeng，et al.VLBI observations of seven BL Lac objects from RGB sample ［J］.Astronomy and Astrophysics，2007，466(1):63 －74.

［13］Ghisellini G.Mev synchrotron BL Lacs ［J］.Astrophysical Letters and Communications，1999，39:17－25.

［14］Beckmann V.Ultra high frequency peaked BL Lac objects［C］//Leo O Takalo，Esko Valtaoja.High Energy Blazar Astronomy，ASP Conference Proceedings.San Francisco:Astronomical Society of the Pacific，2003，299:17－21.

［15］Nieppola E，Tornikoski M，Valtaoja E.Spectral energy distributions of a large sample of BL Lacertae objects［J］.Astronomy and Astrophysics，2006，445(2):441－450.

［16］Sambruna R M，Donato D，Cheung C C.A kiloparsec-scale X-ray jet in the BL Lac source S52007+777 ［J］.The Astrophysical Journal，2008，684:862 －869.

［17］Wu Zhongzu，Gu Minfeng，Chen Yongjun.The radio structure of BL Lac object S52007+777［J］.Science China，2010，53(1):187 －190.