基于轻子模型研究GeV-TeV选活动星系核喷流物理性质

摘要

Fermi/LAT探测器投入使用以来对GeV-TeV选活动星系核的探测数目逐年递增,其中探测到的耀变体数量占了大多数,此外还有少数窄线赛弗特Ⅰ星系和射电星系。现今多数人认为GeV-TeV活动星系核整个电磁波谱可能是由相对论喷流的非热辐射过程主导。这些源为我们系统研究相对论喷流物理性质和不同子类之间的异同提供了很好的样本。
　　硕士研究生期间我主要用轻子模型对GeV-TeV选平谱射电类星体宽波段能谱进行拟合,采用最小c2技术给出1s置信水平上的喷流物理参数范围。然后对平谱射电类星体和蝎虎天体喷流性质进行对比研究。结果表明两类源聚束因子统计上没有差异,但辐射区相对论电子能量有很大差异,可能是由于外场光子对相对论电子冷却程度不同引起。在拟合基础上计算出喷流各组分功率和喷流总功率,进而推导出喷流辐射效率和磁化参数。发现平谱射电类星体喷流可能由坡印亭流主导且有较高辐射效率,而蝎虎天体喷流可能由粒子主导,有相对较低的辐射效率。平谱射电类星体喷流功率与黑洞质量成正相关,这一关系与蝎虎天体不同。我们计算单位黑洞质量喷流形成率和辐射率,发现平谱射电类星体单位黑洞质量的喷流形成率和辐射率分布在较窄的范围且有紧密的正相关性,而蝎虎天体却没有发现相似的特征。这些结果表明两类源的本质差异可能是喷流产生机制不同引起的,主导平谱射电类星体喷流的形成机制可能是BZ过程,而蝎虎天体喷流可能通过BP或BZ过程产生,这取决于吸积盘的结构和吸积率。平谱射电类星体和蝎虎天体的Cavity动力学功率可能分别由磁场能量和冷质子的动能主导。
　　随后将工作延展到Fermi/LAT探测的5个GeV选窄线赛弗特I星系,用喷流轻子模型结合一个标准吸积盘谱(光学紫外波段)拟合GeV选窄线赛弗特I星系宽波段能谱。推导出平均磁场强度和聚束因子都偏低于平谱射电类星体。但是GeV选窄线赛弗特I星系辐射区相对论电子能量的分布与平谱射电类星体相同。基于拟合参数计算出喷流功率、喷流辐射功率、喷流辐射效率、磁化参数和吸积盘光度,并且与耀变体喷流性质对比。发现GeV选窄线赛弗特Ⅰ星系喷流性质与平谱射电类星体更相似,高辐射效率的喷流可能由坡印廷流主导。PMN J0948+0022与平谱射电类星体3C279相似,逆康普顿峰值光度和d有相关性,表明PMN J0948+0022观测光度的变化由聚束因子变化引起。PKS2004-447和SBS0846+513都没有观测到明显的盘辐射。为了研究GeV选窄线赛弗特Ⅰ星系喷流与吸积盘的关联性,在 d jetL-P图中PMN J0948+0022和1H0323+342的盘光度大于喷流功率,这与大多数耀变体中两个量的关系[1]不同。在 d rL-P关系中,除了PKS2004-447和SBS0846+513外,其它三个GeV选窄线赛弗特Ⅰ星系吸积盘光度都远大于它们喷流辐射功率,表明吸积在驱动喷流过程中起着重要的作用。
　　在系统的对GeV-TeV选活动星系核能谱拟合基础上,我们类比研究平谱射电类星体和伽玛射线暴相对论喷流。发现平谱射电类星体的jet s,jetP-L关系与伽玛射线暴的jet jetP-L关系是一致的。平谱射电类星体和伽玛射线暴相对论喷流的辐射效率都比较高,并且都随着Lbol,jet的增加而增加,相关性的幂律指数在误差范围内也是一致的。相对平谱射电类星体来说蝎虎天体有较低的喷流辐射效率e和Lbol,jet,但两个量也有紧密正相关性,只是斜率不同于平谱射电类星体。我们发现平谱射电类星体的e和s存在反相关性,但是蝎虎天体的e和s却呈现弱的正相关性。经分析表明伽玛射线暴可能与平谱射电类星体类似,由相对论电子的同步辐射产生,并且对应一个高辐射效率、高磁化的喷流。而蝎虎天体可能对应一个低辐射效率且由物质主导的喷流。

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第一章活动星系核高能辐射研究概述

1.1 活动星系核简介

1.2 活动星系核高能观测现状

1.3 GeV-TeV活动星系核能谱特征研究进展

1.4 辐射机制模型

第二章GeV-TeV耀变体喷流性质

2.1 引言

2.2 样本和数据

2.3 模型和拟合结果

2.4 喷流组分与辐射效率

2.5喷流功率与Cavity动力学功率

2.6 喷流功率和中心黑洞的关联性

2.7 讨论与小结

第三章GeV射电噪窄线赛弗特Ⅰ星系喷流性质

3.1 引言

3.2 Fermi/LAT对射电噪窄线赛弗特Ⅰ星系的观测

3.3 模型的数值计算

3.4射电噪窄线赛弗特I星系与耀变体喷流性质比较研究

3.5 喷流辐射与吸积盘辐射的关联性

3.6结论和讨论

第四章GeV-TeV活动星系核与伽玛暴喷流性质比较研究

4.1 引言

4.2 样本和数据

4.3 光度-喷流功率关系图上的伽玛暴和活动星系核序列

4.4 喷流的辐射效率和磁化参数

4.5 结论和讨论

第五章工作总结与展望

参考文献

致谢

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