费米耀变体伽马射线光度和中心黑洞质量的研究*

黄霞, 马力, 王保珩, 蔡金明, 熊菲

(1.昆明医科大学 海源学院，云南 昆明 651701;2.玉溪师范学院，云南 玉溪 653100)

由于Fermi LAT的高灵敏度、宽能段、大视场，到现在为止，数百颗Blazar已被其观测到，使得对Blazar的研究进入了一个新时期[1-2].Blazar高能伽马射线的产生一直是高能天体研究的热点问题，研究者已经提出了许多模型来解释，主要包括轻子和强子模型[3].伽马射线的光度和黑洞质量之间是否存在相关性对高能伽马射线的产生具有重要意义[4]；此外，伽马射线光度可以作为喷流功率的探针，所以伽马射线的光度和黑洞质量之间相关性的研究对喷流的产生也有重要意义[5].短时标光变是指天体的辐射流量在较短时间内的变化，Blazar的显著特征之一即是短时标光变.本文利用短时标光变得到Blazar的中心黑洞质量和多普勒因子，分析了Blazar伽马射线的光度和黑洞质量之间相关性.

1 样本选取和数据处理

(1)

(2)

根据公式(1)和(2)与以上的关系可以得到观测的伽马射线光度、多普勒因子、中心黑洞质量；由于观测的伽马射线光度受聚束效应的影响，必须进行如下改正[6]以得到内秉的光度：

表1 Blazar样本

2 结 果

2.1 分布图

图1为Blazar的红移分布图，从图1可以得到：BL Lac的红移分布范围为0～1，平均值为0.28；FSRQ的红移分布范围为0～2.2，平均值为1.01.图2为多普勒因子的分布，从图2可以得到：BL Lac的多普勒因子分布范围为0～4.5，平均值为2.2；FSRQ的多普勒因子分布范围为0～6.5，平均值为3.7.图3为内秉伽马射线光度的分布，从图3可得到：BL Lac的内秉伽马射线光度分布范围为44.18～44.95，平均值为44.59；FSRQ的内秉伽马射线光度分布范围为44.22～46.19，平均值为45.3.图4为黑洞质量的分布，从图4可以得到：BL Lac的黑洞质量分布范围为7.3～8.3，平均值为7.94；FSRQ的黑洞质量分布范围为7.4～9.17，平均值为8.47.图5为内秉吸积率的分布，从图5可以得到：BL Lac的内秉吸积率分布范围为-1.25～-0.98，平均值为-1.17；FSRQ的内秉吸积率分布范围为-1.2～-0.78，平均值为-0.98.

图1红移分布图图2多普勒因子分布图

Fig.1 The distribution of redshift Fig.2 The distribution of Doppler factors

图3内秉伽马射线光度分布图图4黑洞质量分布图

Fig.3 The distribution of intrinsic gamma-ray luminosity Fig.4 The distribution of black hole mass

图5 内秉吸积率分布图

2.2 内秉伽马射线光度和中心黑洞质量的关系

2.3 内秉的伽马射线光度和内秉的吸积率

图7是内秉的伽马射线光度对吸积率的关系图，利用线性回归的分析方法，可以得到内秉的伽马射线光度和吸积率之间具有强的相关性(相关系数r=0.73，偶然概率P<0.000 1).从图7中也可以得到：FSRQ具有大的吸积率和伽马射线光度，而BL Lac具有小的吸积率和伽马射线光度.

图6 内秉伽马射线光度对黑洞质量 图7 内秉伽马射线光度对吸积率

Fig.6 The intrinsic gamma-ray luminosity versus Fig.7 The intrinsic gamma-ray luminosity black hole mass versus intrinsic accretion rate

3 结 论

通过对费米Blazar红移、多普勒因子、内秉伽马射线光度、黑洞质量和内秉吸积率的分布研究，得到：与BL Lac相比，FSRQs有更大的平均红移、多普勒因子、内秉伽马射线光度、黑洞质量和内秉吸积率.这些结果说明和BL Lac相比，FSRQ具有一些不同的物理性质，也支持Fan等[15]用谱指数得到的结果.可能的解释为[5]：FSRQ产生在宇宙的早期，具有强大的吸积盘、喷流、吸积率.随着时间的推移，FSRQ的吸积率减小，并且吸积盘也变小.当吸积率低于某个标准值是，吸积改变模式，变得吸积无效，此时FSRQ也演变为BL Lac.

在消除聚束效应对光度的影响后，得到了内秉伽马射线光度和吸积率.利用线性回归和Pearson偏相关分析得到：内秉伽马射线光度与中心黑洞质量、吸积率都有很好的相关性，这个结果说明喷流的产生与中心黑洞质量和吸积都有关系[5]；而更大的黑洞质量具有更大的黑洞自旋值[17]，这表明喷流的产生和黑洞自旋有关联，即喷流提取黑洞自旋的旋转能.