BL天体X射线辐射研究

叶楚津, 张凡华, 罗智婷, 叶志辉



BL天体X射线辐射研究

叶楚津*, 张凡华, 罗智婷, 叶志辉

(广州大学 物理与电子工程学院, 广东 广州, 510006)

收集了91个BL Lac天体样本的X射线资料, 其中62个高峰频BL天体—HBLs, 29个低峰频BL天体—LBLs.计算了它们的X波段光度, 研究了它们的X射线谱指数X与光度X的关系. 结果表明: HBLs的谱指数X与光度值X无相关, 而LBLs的谱指数X与光度值X有较弱相关性.

BL Lac天体; X射线; 辐射机制

活动星系核(AGN)是当前天体物理最热门的研究领域, Blazar是AGN中最为独特的子类. 以非热谱为特征的Blazar天体实际上是BL Lac天体、高偏振类星体(HPQs)和光学激变天体(OVVs)的统称[1]. BL Lac天体是Blazars天体中一类性质奇特的活动星系核, 具体表现为光变剧烈、很高的偏振、典型幂率谱及能谱分布的双峰结构等.

为了解释BL Lac天体的独特性质, 人们提出了相对论喷流模型, 并发展了喷流加速模型和喷流减速模型. 此外, 为了解释与BL天体具有相似性质的不同子类之间的关系, 演化模型及引力透镜模型[2]被提出.

由于BL Lac天体是强X射电源[3]及近些年X射线巡天卫星的快速发展, 通过X射线巡天技术发现了大量的BL lac天体. 在传统的BL Lac天体分类中, 根据不同的巡天方式分类，人们大致将BL Lacs天体分为2类，分别是X射线选BL Lacs (XBLs)天体和射电选BL Lacs (RBLs)天体. 后来, 人们根据能谱分布, 把BL Lacs天体分为HBLs (高峰频BL Lacs)和LBLs(低峰频BL Lacs)两类. 一般RBLs对应LBLs, XBLs对应HBLs。

尽管XBLs和RBLs在性质上有很大的差别, 但是通过喷流加速假设, 樊军辉等人[1]研究指出RBL和XBL是同一类天体,它们的红移是宇宙学的.

为了对BL Lac天体更好地进行分类, 根据Blazar天体的同步辐射峰频, Giommi和Padovani把BL Lac天体分为高峰频BL Lac (HBLs)天体和低峰频BL Lac (LBLs)天体[4]. 有关高能峰的辐射机制暂时还没有统一定论, 但是, 有较多观点认为其辐射机制是康普顿散射[5]. AGN的高能辐射(γ射线, X射线)占了总辐射能量的相当大比例, 提供了AGN的大量核心信息, 因此, 用高能γ射线数据研究AGN具有重要的意义[6]. 在BL Lac天体X射线的研究上, 陈洛恩[7]研究发现HBLs的X射线谱指数X及复合谱指数X–OX与X射线和射电流量比X/γ有极弱相关性, 而LBLs则没有.

为了进一步研究BL Lac天体X射线谱指数与光度值之间的变化关系, 本文给出了一个具有X资料的BL Lac样本[8], 分别对Blazar子类HBL和LBL天体的X射线谱指数与光度的相关性进行了研究.

1 样本数据

本文从文献[8]获得了一个含91个BL Lac天体的样本, 样本中有62个HBL天体和29个LBL天体, 样本及相关数据如表1所示. 表1中: 第1列为天体名称; 第2列为BL Lac天体的分类; 第3列为X射线波段的流量密度(mJy); 第4列为X射线谱指数; 第5列为X射线光度(X)的对数(erg/s).

表1 BL Lac天体样本

2 数据分析

对表1中全部91个BL Lacs天体样本, 做其谱指数X与光度值lgX之间的线性关系分析有:X=-(1.50±2.17) + (0.06±0.05)lgX, 相关系数1= 0.14, 两者相关的几率为1-= 1-19.86% = 80.14%, 相关关系如图1所示, 该结果显示二者存在弱相关性.

图1 91个BL Lac天体X谱指数与X光度的关系

图2 62个HBL天体天体X谱指数与X光度的关系

图3 29个LBL天体天体X谱指数与X光度的关系

表1中62个HBL天体, 其谱指数X与光度值lgX之间的线性拟合方程为X=-(1.05±2.33) + (0.01±0.05)logX, 相关系数2= 0.02, 两者相关几率为1-= 1- 88.58% = 11.42%, 关系如图2所示, 该结果表明两者不存在相关性.

对于29个LBL天体, 其谱指数X与光度值lgX之间的线性拟合方程为X=-(4.19±4.47) + (0.12±0.10)logX; 相关系数3= 0.22, 两者相关几率为1 –= 1-24.31% = 75.69%, 关系如图3所示, 该结果表明LBLs的X射线谱指数与光度值存在弱相关.

3 讨论

从前面的结果可知, 各类天体的光度和谱指数之间存在弱相关性, 虽然相关系数均较小, 但该结果依然显示光度越大, 谱越陡.

由表1中数据计算可得, HBL和LBL天体的X射线谱指数平均值分别为1.38和1.15, 两者相差0.23, KS检验的结果(图4)显示两者来自同一分布的几率很小,= 2.4%. 这种差异可能来自于LBL的辐射有逆康普顿的成分. HBL和LBL天体X射线光度平均值分别为44.71和44.41 erg/s, 二者相对差异不大, KS检验的结果(图5)显示两者来自同一分布的几率很大,= 20%.

图4 HBL和LBL的αX KS检验分布

图5 HBL和LBL中lgLX的KS检验分布

由于BL Lac天体X射线谱指数和光度值都分别与距离相关, 因此, 下面将讨论剔除距离因素的影响后, X射线辐射的流量密度X与谱指数X的相关性.

对于表1中全部91个BL Lac天体样本, X射线谱指数X与X射线辐射流量密度X之间的线性拟合方程为X=-(1.26±0.05) + (0.15±0.06)logX,相关系数4= 0.27, 两者相关的几率为1 –= 1-1.01% = 98.99%, 相关结果如图6所示. 该结果依然表明两者之间存在相关.

对于62个HBL样本, 谱指数X与X射线辐射流量密度X之间的线性拟合方程为X=-(1.40±0.08) + (0.02±0.09) logX, 相关系数5=-0.02, 两者相关的几率为1-= 1-85.46% = 14.54%, 相关结果如图7所示. 结果表明两者之间不存在相关性.

图7 62个HBL天体X谱指数与X流量密度的关系

对于29个LBL样本, 其谱指数X与X射线辐射流量密度X之间的线性拟合方程为X= (1.32±0.12) + (0.33±0.17) logX, 相关系数6= 0.36, 两者相关的几率为1 –= 1-5.69% = 94.31%, 相关结果如图8所示. 结果表明两者之间存在相关性.

对于91个BL Lac、62个HBL、29个LBL天体, 谱指数X与光度值logX关系的相关系数分别为1= 0.14,2= 0.02,3= 0.22.3是三者中最大者, 表明LBLs的谱指数X与光度值logX有弱相关关系; 而2很小, 几乎为0, 说明HBLs天体的X与logX无相关, 这也是导致BL Lac总样本的相关系数1小于LBLs样本相关系数3的原因.

BL Lac天体X射线谱指数和光度值均与距离相关, 剔除距离的相关因素后, 对于91个BL Lac、62个HBL和29个LBL天体, 谱指数X与辐射流量密度X相关关系分别为4= 0.27, 1 –= 98.99%;5=-0.02, 1 –= 14.54%;6= 0.36, 1 –= 94.31%. 由此可知: LBLs天体谱指数X与辐射流量密度X和光度的相关系数都比较高. 对于HBLs天体, 其X射线谱指数X与X射线辐射流量密度X完全无相关.

图8 29个LBL天体X谱指数与X流量密度的关系

4 结论

HBLs天体X射线谱指数X与光度值logX无相关性, 而LBLs天体X射线谱指数X与光度值logX有弱相关. HBLs和LBLs之间的X分布存在差异, 但对于X射线光度, 两者可能具有同源分布.

[1] 樊军辉,谢光中. BL Lac天体研究进展[J]. 天体学进展, 1995, 13(3): 195—205.

[2] 董云明. BL Lac天体的辐射机制与分类[D]. 云南: 中国科学院云南天文台, 2003: 36—40.

[3] Maraschi L. Ghisellini G, Tanzi E G, et al. Spectral Properties of Blazars. II. an X-Ray Observed Sample [J]. Astrophysical Journal, 1986, 310: 325—333.

[4] Padovani P, Giommi P. The connection between x-ray and radio-selected BL Lacertae objects [J]. Astrophysical Journal, 1995, 444: 567－581.

[5] Maraschi L, Ghisellinj G, Celottj A. A jet model for the gamma-ray emitting blazar 3C 279 [J]. Astrophysical Journal, 1992, 397(1): 5—9.

[6] Peterson B M. An Introduction To Active Galactic Nuclei [M]. London: Cambridge University Press, 1997.

[7] 陈洛恩, 宋晶晶, 任继阳, 等. BL Lac天体的X射线辐射机制测试[J]. 云南师范大学学报, 2010, 30(2): 1—4, 14.

[8] Fan J H, Yang J H, Yuan Y H, et al. The Spectral Index Properties of Fermi Blazars [J]. Astrophysical Journal, 2012, 761(2): 125—136.

Study for the X-ray emission properties of BL Lac Objects

YE ChuJin, ZHANG FanHua, LUO ZhiTing, YE ZhiHui

(School of Physics & Electronic Engineering, Guangzhou University, Guangzhou 51006, China)

An X-ray data sample of 91 BL Lac objects is collected, in which, there are 62 HBLs (High-peak frequency BL Lacs) and 29 LBLs (Low-peak frequency BL Lacs). Based on the sample, the X-ray luminosities are calculated and the correlation between theX(X-ray spectral indices) andX(X-ray luminosities) is studied. The results show thatXare not correlative withXfor HBLs, whileXare marginally correlative withXfor LBLs.

BL Lac objects; X-ray; radiation mechanism

10.3969/j.issn.1672-6146.2014.03.004

P 157

1672-6146(2014)03-0015-05

email: yechujin@hotmail.com.

2014-04-16

国家自然科学基金(NSFC 11173009); 珠江学者(GDUPS-2009); 羊城学者(10A027S).

(责任编校: 江 河)