射电噪活动星系核的γ射线探测

刘振阔，吴忠祖，赵庆飞，曹婷婷

(贵州大学 理学院，贵州 贵阳 550025)



射电噪活动星系核的γ射线探测

刘振阔*，吴忠祖，赵庆飞，曹婷婷

(贵州大学 理学院，贵州 贵阳 550025)

本文通过交叉分析542个河外射电源样本，利用最新的费米LAT目录(3FGL)收集了80个相应的γ射线源，并调研了其多个参量之间的关系;所有的参数是直接观测所得或者是来源于相关文献。与非费米源相比，费米源的核主导参数平均值更大，红移反而更小。对于AGNs和星系来说，在固定的红移之下，费米源比非费米源有更高的本征的射电核流量。结果表明，费米源比非费米源有更加致密的结构；γ射线发射要受到喷流集束效应强有力的影响，核主导参数与多普勒因子是γ射线探测的重要指标。非费米源可能是由于更低的本征的射电核流量，或者是更低的本征的γ射线流量，这使得非费米源很难被费米LAT观测到。

活动星系核；γ射线光度；γ射线流量

Blazar天体是最为激烈的活动星系核(AGNs)成员，具有快速光变，明显的超光速运动等特点，它的喷流方向和我们视线的夹角非常小，也是活动星系中最为耀眼的天体。

河外射电源中起主导作用的就是活动星系核(AGNs)，它的喷流可以用相对集束模型很好的去解释，在这个模型中，发射是由两部分所组成的，即增量部分和延展部分，文[1]用这两部分的比值来计算核主导参数的大小。文[2]收集了542个河外射电源，计算了其核主导参数，研究了不同参量之间的相关性。重要的是，核主导参数也能表明多普勒因子的大小，而多普勒因子又是γ射线探测的重要指针，如多普勒因子能直接地测量喷流集束效应的意义。然而，多普勒因子的计算方法多样，目前还没有一个统一的较好的计算方法，要得到比较准确的多普勒因子的值也是比较困难的，因此，一个可靠的计算多普勒因子的方法是学习活动星系核(AGNs)发射机制的重要手段。

高能量的γ射线是宇宙中极为重要的辐射探针，γ射线和其它不同波段之间的关系能够为γ射线发射机制提供相当重要的线索。自从2008年费米卫星的发射成功，我们走进了一个新的Blazar探究的领域。2008年7月，大面积的费米望远镜开始运行，几乎每三个小时浏览一次全天空的γ射线辐射，目前，费米卫星已成功探测到了成百上千的Blazar天体。最新的数据是费米LAT第三目录(3FGL)，数据库更新于2015年1月15日，这是自2008年8月4日至2012年7月31这段时间内的观测总结，数据频率范围为100 MeV至300 GeV。

1　数据及其处理

本文选取了文[2]中542个河外射电源的核主导参数R(27个BL，215个类星体，300个星系)，这些源不仅在1.4 GHz有总流量(单位：WHz-1)，而且在5 GHz有核流量。从这些源中，我们利用2015年公布的最新的费米LAT目录(3FGL)，通过交叉分析，得到了相应的80个γ射线源，这为我们研究费米源和非费米源之间不同的特性提供了很好的样本。

总之，我们选取了542个河外射电源样本，包含80个费米源(22个BL，44个类星体和14个星系)和462个非费米源(5个BL，171个类星体和286个星系)。

表1　费米源的相关参量

2　结果

2.1核主导参数和红移的分布

源FAGNs和NFAGNs的核主导参数R的柱状分布图如图1、2所示，图1为谱指数αE=0.5的情形，图2为谱指数αE=1.0的情形。由图可知，对于不同的谱指数，相同源的核主导参数R的柱状分布图是不同的。同时，对于相同的谱指数，FAGNs的核主导参数LogR平均比NFAGNs的大。在这里我们仅考虑αE=0.5这种情形，FAGNs的核主导参数LogR=-0.15±0.80，NFAGNs的为LogR=-1.14±0.89，通过K-S检验可得，FAGNs和NFAGNs的核主导参数R的分布是有意义的不同(P～10-17)。

图1　对于αE=0.5时核主导参数R的分布图

图2　对于αE=1.0时核主导参数R的分布

源FAGNs和NFAGNs的红移z的柱状分布图如图3所示，对于FAGNs，红移z的分布范围为0.001

图3　源FAGNs和NFAGNs的红移z的柱状图分布

2.2多普勒因子与γ射线光度、γ射线流量之间的关系

多普勒因子的计算方法比较多，一个可靠的计算多普勒因子的方法是研究喷流集束效应重要的手段。对此，我们研究了多普勒因子δ与γ射线光度Lγ、γ射线流量Sγ之间的关系，如图4、5所示。对于多普勒因子δ与γ射线光度Lγ之间，通过Spearman相关分析，得到了一条明显的有意义的线性相关关系LogLγ=(0.013±0.004)Logδ+1.655±0.004，相关系数r=0.45，几率P>99.5%，如图4所示。多普勒因子与γ射线流量之间的关系，如图5所示，我们也获得了一条明显的有意义的相关关系LogSγ=(0.5±0.2)Logδ-10.8±0.2，相关系数r=0.41，几率P>98%。

图4　多普勒因子δ与γ射线光度Lγ之间的关系图

图5　多普勒因子δ与γ射线流量Sγ之间的关系

2.3峰值频率与γ射线光度、γ射线流量之间的关系

文[6]第一次提出对于Blazar天体同步峰值频率和功率成一定的反比关系。这里，我们研究了峰值频率υpeak与γ射线光度之间的关系，通过Spearman相关分析，得到了一条明显的有意义的线性反相关LogLγ=(-0.11±0.04)LogP+1.79±0.05，相关系数r=-0.24，几率P>95%，如图6所示。同时，我们也探求了峰值频率与γ射线流量Sγ之间的关系，但是，在这两者之间没有找到相应的相关性。

图6　峰值频率与γ射线光度之间的关系

2.4射电核流量与γ射线探测

为了进一步研究费米源与非费米源之间不同的特性，这里我们调研了在固定红移之下费米源与非费米源射电核流量之间的不同。对于所有的费米源与非费米源在固定红移之下射电核流量的比较，如图7所示，我们得到了一个非常有意义的结果，在固定的红移之下，费米源的射电核流量比非费米源的大。同时，对于费米源星系与非费米源星系，在固定的红移之下，费米源星系的射电核流量比非费米源星系的大，如图8所示。但是，对于其它费米源的子类，如BL Lacs、类星体，没有找到这样的结果，可能是BL天体和类星体费米源的数目有限，或者是本征的红移和射电核流量的影响所造成的，也有可能是BL天体和类星体它们本身就没有这样的关系，这还待以后寻找更多的费米源去进一步的研究。

图7　AGNs在固定的红移之下射电核流量的比较

图8　星系在固定的红移之下射电核流量的比较

3　分析及结论

通过核主导参数的比较，费米源的核主导参数R平均比非费米源的大，结果表明核主导参数在γ射线发射与探测中发挥着相当重要的作用，γ射线发射受到喷流集束效应强有力的影响。对于红移z的分布，NFAGNs的红移比FAGNs的小，这表明FAGNs远离我们的速度还要比NFAGNs快。同时，我们也得到了一些参量之间有趣的相关性，比如，关于多普勒因子与γ射线光度、流量之间的关系，结果表明，多普勒因子同样是γ射线探测的主要探针之一，喷流集束效应直接影响着γ射线的发射。图6展现了峰值频率υpeak与γ射线光度之间明显的反相关性，这个结果和blazar序列是一致的。

为什么有些源已经被费米LAT探测到γ射线的辐射，而有些源没有被探测到，目前这是一个非常热的话题，有很多文章也对这个问题做了大量的研究，如文[3]收集了170个BL天体(100个FBLs，70个NFBLs)，分析和研究了FBLs和NFBLs多个参量之间的关系；文[7]收集了224个blazar天体，比较和分析了费米源与非费米源多个参量之间的联系。我们也比较了费米源与非费米源一些重要参量之间的关系，发现费米源比非费米源有更加致密的结构；核主导参数是费米探测的一个重要指标，射电源的核主导参数越大，γ射线探测到的几率将更高。其次，费米源的多普勒因子与γ射线光度、流量成一定的正相关，γ射线的发射与多普勒因子有着密不可分的关系，多普勒因子越大，γ射线被费米探测到的几率就越高，没有探测到γ射线的非费米源有可能就是因为较小的多普勒因子，或者是比较弱的集束效应所造成的。

从图7，8我们可以看到，在固定的红移之下，费米源比非费米源有更高的本征的射电核流量，结果表明，费米源比非费米源有更高的本征的射电核流量，同时，文[3]发现射电核流量和γ射线流量之间有着非常强的正相关，这样，非费米源比费米源不仅有更低的本征的射电核流量，而且有更低的本征的γ射线流量，导致非费米源没有被费米望远镜探测到；也有可能非费米源根本没有内在的γ射线发射，或者至少是相当微弱，使得非费米源很难被费米LAT观测到。

[1] Orr M J L，Browne I.Relativistic beaming and quasar statistics[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，1982，200(1):1067-1080.

[2] Fan J H，Zhang J S.The core dominance parameter of extragalactic radio sources[J].Astronomy and Astrophysics，2003，407(1):899-904 .

[3] Wu zhong zu，Gu F M，.Why are some BL Lacs detected by Fermi，but others not?[J].Research in Astronomy and Astrophysics，2014，631(1):631-762.

[4] Hovatta T，Valtaoja M.Doppler factors， Lorentz factors and viewing angles for quasars， BL Lacertae objects and radio galaxies[J].Astronomy and Astrophysics，2009，494(2):527-537.

[5] Mei dong-cheng，Xie guang-zhong.Doppler-Boosting Effect on the Fluxes of Active Galactic Nuclei[J].Publications of the Astronomical Society of Japan，1999，51(1):579.

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

[7] Xiong ding rong，zhang xiong.Basic properties of Fermi blazars and the blazar sequence[J].Monthly Notices of the Royal Astronomical Society，2015，450(4):3568-3578.

(责任编辑：曾晶)

Research on the γ-ray Detection of Active Galactic Nuclei(AGNs)

LIU Zhenkuo*， WU Zhongzu， ZHAO Qingfei， CAO Tingting

(College of Science， Guizhou University， Guiyang 550025， China)

80 radio sources with corresponding γ-ray emissions were identified by cross-correlating an archive of 542 extragalactic radio sources with the latest data release (Third Source Catalog 3FGL) by the Fermi LAT， and the correlations between multiple parameters were investigated; all the parameters were collected from available literature. Compared with non-Fermi sources， the Fermi sources have larger mean R values and smaller redshifts. For AGNs and galaxies， the Fermi sources have systematically larger radio flux than the non-Fermi counterparts at a given redshift. The results indicate that Fermi sources should be more compact and the strong beaming effect is vital for γ-ray emission， and that the core dominance parameter and Doppler factor are important probes for γ-ray detections. The non-Fermi sources are likely due to low intrinsic radio flux or the low intrinsic γ-ray flux or both， making them very difficult to be observed by Fermi LAT.

active galactic nuclei; γ-ray luminosity; γ-ray flux

A

1000-5269(2016)03-0039-05

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.03.11

2016-03-14

国家自然科学基金项目(11163002)；国家自然科学基金-中国科学院天文联合基金项目(U1431111)

刘振阔(1990-)，男，在读硕士，研究方向：射电天文，Email:zhenkuoliu@163.com.

刘振阔，Email：zhenkuoliu@163.com.

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