BL Lac天体 3C 66A的光变周期分析

方婷， 梁继华， 李文红， 李怀珍

(1.玉溪师范学院 物理系，云南 玉溪 653100；2.宿州市第三中学，安徽 宿州 234000)



BL Lac天体 3C 66A的光变周期分析

方婷1， 梁继华2， 李文红1， 李怀珍1

(1.玉溪师范学院 物理系，云南 玉溪 653100；2.宿州市第三中学，安徽 宿州 234000)

收集了BL Lac天体3C 66A在γ射线波段的历史光变数据，并利用功率密度谱方法和Jurkevich方法对其光变曲线进行周期性分析，所得结果显示在3C 66A的γ射线光变曲线中存在约216.9 d的光变周期，该结果能被螺旋喷流模型很好的解释.

3C 66A;光变周期;螺旋喷流模型

3C 66A是一个低频峰BL Lac天体(Low frequency peaked BL Lac object，LBLs)，它的红移z=0.444[1].1993年OJ-94项目开始对3C 66A的光学光变进行观测，此时正值该天体大约4年爆发的开始[2].另外，WEBT(Whole Earth Blazar Telescope)项目在2003-2004以及2007-2008年期间对该天体进行了多波段监测[3-4].王翠梅和郑永刚利用3C 66A的高能辐射探测器观测结果对其红移进行限制[5].3C 66A是一个非常活跃的天体，其在红外、光学、紫外以及X射线波段都存在不同时标的变化.谢光中等人对3C 66A进行过长期的监测，1985年他们发现3C 66A在R波段在43分钟内变暗了0.46个星等，接着又在63分钟内变亮了0.45个星等；1988年观测发现该天体B波段在27分钟内变暗了0.45个星等，接着在56分钟内变亮了0.48个星等，1989年发现其在10分钟内变暗了0.52个星等；1996年10月，又发现3C 66A的V波段的亮度在87分钟内下降了0.5个星等[6-9].Fan和Lin[10]分析了3C 66A的历史光学光变曲线，发现其最大光变幅度△V=2.75星等.Bottcher等人在2007-2008年观测发现3C 66A在各个光学波段之间(UBVRI)光变是同步的[4].1998至2000年期间，Sagar等人也对3C 66A进行监测，多次发现其存在快速光变现象[11].2000至2001年，戴本忠等人观测发现该天体在B波段和V波段都存在快速光变现象[12].Ghosh等人及Bottcher等人分别在1997年年底和2003-2004年在B波段及R波段发现3C 66A存在快速光变现象[3,13].Lainela等人发现3C 66A在高态时具有大约65天的光变周期[14].Belokon和 Babadzhanyants分析了3C 66A在1974到1991年间的光学光变曲线，发现该天体在光学波段存在2.5年的长时标周期性光变[2].Zhovtan等人分析了3C 66A的光学、X射线(2-10 keV)和γ射线在1996到2009年期间的光变，发现该天体在三个波段的光变存在相关性[15].王备战等人研究发现3C 66A的光学谱指数与辐射流量之间存在反相关[16].

为了进一步研究3C 66A的光变特性，理解其中心结构和辐射机制，收集了它在γ射线波段的光变数据，并利用两种不同的周期分析方法对其光变进行周期性分析.

1 观测数据及光变曲线

从费米官网收集了费米伽玛空间望远镜对3C 66A在γ射线观测的光变数据，详情见图1，数据的时间跨度是从2009年到2014年约5.5年的时间，共244个数据点.从图1可以看出3C 66A是一个非常活跃的天体.另外，光变指数

图1 BL Lac天体3C 66A在γ射线波段的变化曲线

可以用来表征相对辐射流量的变化，它由下式定义[17]

(1)

其中Fmax和Fmin分别表示样本数据中的最大流量和最小流量.根据公式(1)可以得到3C 66A在在γ射线的光变指数Vγ=0.973，这也说明3C 66A是一颗非常活跃的天体.

2 周期分析

2.1 功率密度谱方法

(2)

式中

(3)

图2 功率密度谱方法对3C 66A的γ射线光变曲线的分析结果

2.2 Jurkevich方法

为了验证功率密度谱方法所得结果的可靠性，进一步用Jurkevich方法[20]分析3C 66A在γ射线波段的光变曲线.Jurkevich 方法是1971年Jurkevich基于天文观测中的非均匀观测数据而提出的一种周期分析方法，它建立在均方偏差(mean square deviation)的期待值之上.Jurkevich方法能方便的分析不等间隔的天文观测数据.根据样本数据被划分为m组，对应第l组的统计参数应为

(4)

(5)

其中xi和ml分别是单次测量值和第l组的数据点数.对应m组的总方差为

(6)

为了估计Jurkevich方法的可信性，Kidger等人在1992年引入了f检验[21].参数f是方差的归一化因子，可由下式定义

(7)

图3给出了Jurkevich方法对样品数据的分析结果.从图3可以看出，3C 66A在γ射线波段光变曲线可能存在三个光变周期：P1=213 d，P2=436 d,P3=615 d.可以发现三个光变周期中存在简单的倍数关系，即P2≈2P1和P3≈3P1，这意味着三个可能的周期间存在天文学倍频关系.所以Jurkevich方法所得结果表明3C 66A的γ射线波段光变曲线中可能存在一个时标P=213 d的周期.另外，所得结果P=213 d对应的参数f=0.15(<0.25)，且图2显示P=213 d对应的深度的绝对值相对于“平坦”部分的绝对值是非常显著的，这表明周期P=213 d是显著且可靠的，并且该周期时标与功率密度谱方法得到的220.7 d的结果是基本一致的，这为3C 66A在γ射电波段的光变曲线中存在周期性提供了新的证据.综上，分析表明3C 66A在γ射线波段的光变曲线中存在一个约216.9 d(功率密度谱方法和Jurkevich方法所得结果的平均值)的光变周期.

图3

3 结论和讨论

收集了BL Lac 天体3C 66A的γ射线的观测数据，并用功率密度谱方法和Jurkevich方法对其光变曲线进行周期性分析.分析结果显示3C 66A是一个非常活跃的天体，并且两种不同的分析方法得到基本一致的结果，即3C 66A在γ射线的光变曲线中存在约216.9 d的光变周期.为了解释周期性光变现象，Villata和Raitevi在1999年提出螺旋喷流模型[22]，这为blazar的辐射流量变化提供了一种几何学解释，即周期变化可能与观测视角的周期性变化有关系，这意味着辐射粒子沿着一个弯曲的路径运动.观测视角的周期性变化导致聚束效应的变化，聚束效应的变化引起辐射流量的变化.视角的变化能够在弯曲的喷流或者螺旋磁场图景下得到很好的解释.而弯曲的喷流能在超质量双黑洞模型下进行解释.因此，假设在3C 66A中心存在一个超质量双黑洞系统，一个围绕着主黑洞的吸积盘以及一个垂直于吸积盘的喷流.在双黑洞中心，次黑洞围绕着主黑洞做非共面的运动，次黑洞和吸积盘之间的潮汐力导致吸积盘产生进动，进而导致喷流的弯曲.

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A Periodicity Analysis of the Light Curve of BL Lac Object 3C 66A

FANG Ting1, LIANG Ji-hua2, LI Wen-hong1, LI Huai-zhen1

(1.Physics Department, Yuxi Normal University, Yuxi 653100,China;2.The 3rd Middle School,Suzhou 234000,China)

In this paper,we have collected the light curves of BL Lac Objects 3C 66A at the γ-ray(0.1-300 GeV).Then,we have studied the period of 3C 66A by using the power spectrum estimation and the Jurkevich method. The results suggest that there is a period of P=216.9 days in the light curves of γ-ray band. The periodicity variability of 3C 66A in the γ-ray can be best explained in terms of the helical jet model.

3C 66A; Variability period; helical jet model

2015-03-22

云南省应用基础研究计划资助项目(2012FD055，2013FB063)；云南省高校科技创新团队计划资助项目；玉溪师范学院青年教师资助计划项目；玉溪师范学院大学生创新创业训练计划资助项目(2014B19).

方 婷(1992-)，女，云南普洱人，主要从事天体物理方面研究.

李怀珍，男，博士，副教授.

P157.7

A

1007-9793(2015)03-0001-04