活动星系核光变周期的Jurkevich方法研究
2018-04-25曹婷婷
摘要：活动星系核在天体物理研究领域中有着举足轻重的地位，本文首先介绍了活动星系核的光变，又介绍了Jurkevich方法研究活动星系核的光变周期的原理。本文选取了由OVRO 40m望远镜观测到的，以源J0004+4615、J0739+0137为例的多个活动星系核为研究目标，并使用Jurkevich方法对所选取的源进行统计与分析，得到在Jurkevich图中最低点即该源的大致周期。
关键词：活动星系核；光变周期；Jurkevich方法
1、引言：
活动星系核以其高光变、高偏振等极端性质成为现代天体物理学中最活跃的分支学科之一[1]。活动星系核的光变是指天体的辐射流量随时间的变化，包括连续谱的光变和发射线的光变[2][3]。通常情况下指的是连续谱的光变，辐射区域外的物理环境的变化与辐射介质的变化、辐射区域内部物理条件和结构的变化、辐射过程的改变都可以通过光变现象来反映。光变是活动星系核最重要的特性之一，各个观测波段上，都能探测到活动星系核的光变，且光变时标从几天到年，将活动星系核的光变分成短时标（小时、天）光变，中等时标（月）光变和长时标光变（年）。
不同时标的产生原因可能存在差异，长时标的周期性可能与S-型有限循环的热粘滞不稳定性[6]有关，或与活动星系核的超大质量双黑洞的周期性的轨道运动有关[4][5]；中等时标的周期性光变可能是因为螺旋喷流[7][8]；而短时标光变可能在活动星系核中靠近超大质量黑洞的附近产生。
2、Jurkevich方法研究活动星系核的光变周期
考虑一个有N个数据的数据样本，记单个观测值为Xi，样本总平均值为X，总离差平方和为V2，总方差为S2，这些量由以下公式给出：
假设分成个m组数据样本，则以下公式给出了第l组相对应的统计量：
其中ml是第l组的观测值的个数，则m个组各自的总离差平方和的总和为：
显然有Vm2
在周期分析中，先假设周期为P，称为试验周期，将所有观测数据按各自所在的相位区间分为m个组，计算出每个组的总离差平方和Vl2，再将它们相加得到Vm2。对于给定的要分析周期的数据样本，V2不随试验周期P变化，而Vl2和Xl则对P的变化很敏感。当试验周期不是真实周期时，V_BG^2相对于V2很小。当试验周期与真实周期接近时，各组的平均值Xl变的差异很大，VBG2变的比Vm2大许多，也就是说Vm2相对于V2减小了。事实证明，当测试周期等于真实周期时，Vm2也是其最小值[9]。测试周期P在一定的范围内等间隔地取值，计算出对应的Vm2，做Vm2-P图，图中Vm2极小值位置就对应着周期值。
对于统计涨落可使图像出现极小值的情况，Kidger等人于1992年在文[10]中给出了估计Vm2圖中周期的真实性的f判据：
其中Vm2是归一化的值。在归一化的Vm2-P图中，若Vm2=1，即f=o，则样本数据没有表现出周期性；若f ≥ 0.5，则表明样本数据有很强的周期性，若f< 0.25，则表明样本数据可能有弱的周期性[11]。
3、数据处理与分析
OVRO 40m望远镜所处频率为15GHz，于2007年开始新的研究活动，每周监测超过1800个闪耀约两次。本文使用数据处理软件Matlab将0VRO 40m望远镜观测到的数据进行处理，得到与之对应的Jurkevich方法图。选取通过目标源光变原图与Jurkevich图进行对比，找到AGN大致周期与误差，然后选取通过OVRO 40m望远镜观测到的源的名称、类型、赤经和赤纬等参量。
相关参量（部分）如表1所示：（1）目标源；（2）周期；（3）误差；（4）赤经；（5）赤纬；（6）类型。
由于数据量很大，本文选取了经过统计分析对比后具有代表性的两个源的图，其中，图1与图3分别表示的是J0004+4615、J0739+0137两个源的光变原图，而图2与图4分别表示的是通过数据处理分析的J0004+4615、J0739+0137两个源所对应的Jurkevich方法图。
图1：J0004+4615光变原图
图2：J0004+4615的Jurkevich方法图
图3：J0739+0137光变原图
图4：J0739+0137的Jurkevich方法图
以上就是结果中得到的规律明显，并且周期清晰的光变原图与Jurkevich方法图。从Jurkevich方法图中可以看出：J0004+4615、J0739+0137两个源的周期分布与其观测到的周期分布是一致的。通过Jurkevich方法对OVRO40m望远镜观测到的AGN光变数据进行处理，在Jurkevich图中得到了最低点即该星体的大致周期。本次探究中体现了Jurkevich方法在处理离散不规则散点数据方面具有不可小觑的优势。
4、总结与展望
在活动星系核的研究中，周期性的光变现象往往代表着天体存在着轨道、转动与震动等运动，通过这些运动的存在我们可以标出天体的内部结构等，这也是目前在活动星系核观测和辐射机理研究中活动星系核的周期性光变特性显得尤为重要的原因。
一般由于活动星系核光变的观测时间跨度长、望远镜未观测到光变或目标源处于平静期，使得观测到的数据一般都很离散，对其光变周期的研究变得困难。本文通过Jurkevich方法对OVRO40m望远镜观测到的AGN光变数据进行处理，得到了Jurkevich图中最低点即该源的大致周期。从而体现了Jurkevich方法是处理离散不规则散点数据方面的很有效的方法。
参考文献：
[1]黄克谅.类星体与活动星系核[M].北京：中国科学技术出版社.2005，1：21.
[2]Meyer F.Meyer-Hofmeister E.Outbursts in dwarf novae accretion disks[J].A&A;，1984，132：143.
[3]毛李胜.Blazar天体的多波段性质研究，中国科学院研究生硕士学位论文，2005：15：26.
[4]Sillanpaa A.et al.，1988，ApJS，325，628.
[5]Katajainen S.et al.，2000，A&AS;，143，357.
[6]Meyer F.，Meyer-Hofmeister E，.1984，A&A;，132，143.
[7]Ostorero L.，Villata M.& Raiteri C.M.，2004，A&A;，419，913.
[8]Lainela M.et al.，1999，ApJ，521，561.
[9]Jurkevich，I.，A Method of Computing Periods of Cyclic Phenomena[J]，1971，Ap&SS;，13，154
[10]Kidger M.，Takalo 1.，Sillanpaa A.，A&A;，1992，264，32.
[11]Zhang X，Xie G Z，Bai J M.AcApSn，1998，18（3）：260.
作者简介：曹婷婷，贵州省贵阳市贵州大学，物理学院物理与天文系。
