Blazar短时标快速光变的性质及模型研究

巨洪军 马国发

摘 要：Blazar天体是AGNs中具有极端性质的一类，它以快速光变、大偏振、全波段非热辐射等为主要特征。近年来，随着观测技术的不断发展，发现了blazar天体从射电波段到TeV Y射线波段都存在不同时标的光变，更有意义的是发现blazar天体全波段能谱分布的双峰结构（低能峰位于红外一软x射线范围、高能峰位于MeV--TeV Y射线范围），成为弄清blazar天体内部辐射机制的一大热点。本文概述了blazar天体的基本性质和现有的理论模型，并对blazar天体的光变行了研究。

关键词：Blazar；模型；光变

对Blazar天体光变的研究为研究blazar天体内部物理结构、辐射机制等有着非常重要的作用，在20世纪80年代以前，由于受观测技术限制，光学波段观测仅仅只为长周期光变研究提供部分数据，之后，CCD（Charge Coupled Devices）技术应用到天文观测中，极大地提高了观测精度和观测效率，使AGNs短时标光变研究成为现实。

一、Blazar模型

（一）相对论喷流模型

相对论喷流模型是Blandford&Rees为了解释BL Lac天体的奇特观测性质于1978年提出[1]，该模型认为BL Lac天体的喷流是相对论性的，喷流的方向与观测者的视线方向只有很小的夹角，导致产生于喷流内的辐射被相对论效应放大。

（二）轻子模型

轻子模型是目前blazar天体模型中较成功的理论模型。轻子模型认为：电子（正、负电子）在相对论喷流中加速，其辐射产生了多波段能谱分布SED的高能部分和低能部分。一般认为：高能电子的同步辐射产生了多波段能谱的低能部分，而相同电子的逆康普顿散射过程产生了多波段能谱的高能部分。

二、Blazar光变

（一）短时标光变

短时标光变是blazar天体的显著特征，几乎所有的blazar天体都存在短时标光变。

短时标光变按其变化幅度大小可分为小爆发（small outburst）、闪耀（flare）和闪烁（flicker）。从各个波段短时标光变的观测结果可得出blazar天体的短时标光变有如下特征：

1.光变无规则。没有观测证据表明光变时标、光变幅度有周期性，因此这种无序的短时标光变没有任何可预见性，需要进行长期监测；

2.光变曲线形状无规则。多数情况下，短时标光变曲线形状是不规则的，有单调上升、有单调下降、也有振荡变化，但也存在规则的短时标光变曲线；

3.光变及光变时标关联[2]。不同波段的短时标光变同时发生或相互间有时间延迟，而且光变行为相似，具有很强的相关性，这是同步自康普顿模型的有力证据。长时标光变由短时标组成，但之间有无什么规律目前尚无定论。

（二）中时标光变

中时标光变目前还是一个尚不确定的概念。光变时标在多大范围内才可称为中时标没有一个统一标准，且只有同一个对象既观测到了长周期光变，又观测到了短时标光变，才能对中时标光变有个界定，否则，即使观测到了一年的光变也只能称为短时标光变。因此，对于中时标光变不能象短时标光变那样有明确的定义，一般认为，光变时标界于几年与几天之间的光变可称为中时标光变。如果没有连续的观测数据，中时标光变不能显示出来，即使发现有存在的趋势，也会因数据点较少而缺乏可信度。现在中时标光变研究主要依赖国际联测。

由于中时标光变的局限性，现在关于blazar天体中时标光变的研究并不多，目前的观测结果被认为是中时标光变的仅有BL Lac天体3C 66A大约65天的光变。Xie等用长周期光变分析方法（Jurkevich方法）对3C 66A的观测数据分析发现存在63±5天的中时标光变。显然，Jurkevich方法所得结果与观测是一致的。

（三）长周期光变

周期研究是天体物理学中一种重要的研究方法，是了解天体各种特性的一个重要手段。周期现象的存在表明天体有各种运动形式（转动、振动、轨道运动等），而这些运动形式揭示了天体系统复杂的内部和外部物理特性（质量、磁场结构和分布）。

Blazar天体周期研究最早是利用长期的观测数据（光变曲线），但由于长周期光变研究需要比所得周期长6倍以上的观测数据，而blazar天体研究历史不长，观测数据较少，特别是在CCD技术应用于天文观测以前，观测数据获取非常困难且误差较大，利用光变曲线研究blazar天体周期不是一种理想方法。因此，一种利用有限的观测数据分析blazar天体的周期的方法是非常重要的。现在常用的周期分析方法主要有：Jurkevich方法、Fourier变换的功率谱分析法、自相关函数法、相位分析法、周期吻合法和时间序列谱分析法。本节主要介绍Jurkevich方法和Fourier变换的功率谱分析法两种常用的周期分析方法，并给出了几个blazar天体的光变周期和中心黑洞质量。

三、结语

由于blazar天体的极端物理性质，使其在AGNs研究乃至整个宇宙学研究中占有重要作用。Blazar天体的多波段能谱为我们提供了丰富信息，非热辐射在电磁波段形成两个连续部分，低能峰在红外到软x射线频段，射电偏振特性说明低能辐射起源于指向观测者视线方向的喷流中的相对论电子的同步辐射；高能峰在MeV-TeV Y射线频段，一般认为其起源于产生同步辐射的相对论电子的逆康普顿散射过程。光变是blazar天体的显著特征，blazar天体在全波段都表现出剧烈的光变，时标可短至小时量级。光变研究是了解活动星系核中心结构和辐射机制的一个重要手段。

参考文献：

[1]熊定榮，倪志琼等.Blazars短时标光变的研究[J].云南师范大学学报自然科学版，2011，31（3）：12-19.

[2]梁振声.Blazar短时标快速光变的性质和模型研究[D].中国科学院研究生院，2011.