徐云冰， 刘文广， 易庭丰

(云南师范大学 物理与电子信息学院，云南 昆明 650092)



Fermi耀变体红移和gamma射线谱指数特性研究*

徐云冰， 刘文广， 易庭丰

(云南师范大学 物理与电子信息学院，云南 昆明 650092)

收集了368个具有gamma射线数据的高置信度Fermi耀变体(157个FSRQs和211个BL Lac天体)，讨论了该样本的红移和gamma射线谱指数的分布特性，结果表明：HBLs的红移和gamma射线谱指数较小，FSRQs的红移和gamma射线谱指数较大,LBLs的红移和gamma射线谱指数都介于两者之间，它们之间可能存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列，HBLs与FSRQs有明显的不同，LBLs与FSRQs却很相似.

Fermi耀变体；红移；gamma射线；谱指数

1 引 言

耀变体(blazar)是活动星系核(AGNs)的一个子类，具有快速大幅度光变、高偏振和视超光速运动等观测特征[1],而且其gamma射线辐射极强[2]，能量密度为3×1037～3×1042J/s[3].

根据发射线的特征，耀变体又分为BLLac天体和FSRQs，前者没有或只有弱发射线，后者具有强发射线[4]，然而，他们的连续辐射特点又很相似[5].根据能谱峰频的不同，BLLac天体又可细分为高能峰BLLac(HBLs)和低能峰BLLac(LBLs)天体[1,6-7].为了避免混淆，Abdo等人把耀变体分为低同步峰(LSP，logνp(Hz)<14)、中间同步峰(ISP，logνp(Hz)=14～15)和高同步峰(HSP，logνp(Hz)>15)三类[8].本文采用峰频对耀变体进行分类，把FSRQs分为HSP(logνp(Hz)>15)，ISP(logνp(Hz)=14～15)和LSP(logνp(Hz)<14)；把BLLac天体分为HBLs(logνp(Hz)>15)，IBLs(logνp(Hz)=14～15)和LBLs(logνp(Hz)<14).耀变体各子类之间的关系是理解活动星系核的关键之一[1].研究不同类耀变体(FSRQs、HBL和LBL)之间的关系有助于理解耀变体的本质[9].许多研究者认为耀变体各子类之间存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列和统一图景[7,10-19].

本文从Fermi-LAT第三期数据列表中选择了一个包含368个耀变体的样本，从分类的角度研究该样本的红移和gamma射线谱指数，比较FSRQs、HBLs和LBLs的红移和gamma射线谱指数的分布特性，揭示耀变体各子类之间的关系.

2 数据样本和统计结果

2.1 数据样本

从文献[20]中选择了Fermi-LAT第三期数据列表(http://www.asdc.asi.it)公布的368个具有红移和gamma射线数据的高置信度耀变体，包括157个FSRQs和211个BLLac.根据同步峰频的值，把FSRQs和BLLac分为LSP、ISP和HSP.FSRQs样本包括137个LSPs，18个ISPs和2个HSPs；BLLac样本包括144个HBLs，37个IBLs和30个LBLs.

2.2 红移分布

BLLac天体的红移分布如图1所示，HBLs的红移平均值zHBLs=0.27±0.03，IBLs的红移平均值zIBLs=0.30±0.06，LBLs的红移平均值zLBLs=0.56±0.12,其分布的峰值逐渐向右侧移动.FSRQs的红移分布如图2所示，HSP的红移平均值zHSP=0.86±0.12，ISP的红移平均值zISP=0.71±0.24，LSP的红移平均值zLSP=1.10±0.05,其分布的峰值逐渐向左侧移动.BLLac天体和FSRQs的红移统计结果见表1.

图1 BL Lac天体的红移分布 图2 FSRQs的红移分布

表1 红移和gamma射线谱指数统计结果

2.3 谱指数分布

BLLac天体的gamma射线谱指数分布如图3所示，HBLs的gamma射线谱指数平均值αHBLs=0.85±0.07，IBLs的gamma射线谱指数平均值αIBLs=1.06±0.18，LBLs的gamma射线谱指数平均值αLBLs=1.18±0.03.FSRQs的gamma射线谱指分布图4所示，HSP的gamma射线谱指数平均值αHSP=1.02±0.04，ISP的gamma射线谱指数平均值移αISP=1.49±0.06，LSP的gamma射线谱指数平均值αLSP=1.46±0.02.BLLac天体和FSRQs的gamma射线谱指数统计结果结果见表1.

图3 BL Lac天体的gamma射线谱指数分布 图4 FSRQs的gamma射线谱指数分布

2.4 红移和谱指数的关系

从图5可知：HBLs、IBLs和LBLs的红移和gamma射线谱指数之间没有相关性，结果见表2.从图6可知：FSRQs各子类ISP和LSP的红移和gamma射线谱指数之间没有相关性，HSP的样本太少不予考虑，结果见表2.

图5 BL Lac天体红移和谱指数之间的关系 图6 FSRQs天体红移和谱指数之间的关系

表2 线性回归结果

3 讨论和结论

FSRQs各子类HSP、ISP和LSP的红移平均值分别为zHSP=0.86±0.12，zISP=0.71±0.24和zLSP=1.10±0.05，虽然zHSP>zISP，但是HSP和ISP的样本太少，我们主要考虑LSP；BLLac天体各子类HBLs、IBLs和LBLs的红移平均值分别为zHBLs=0.27±0.03，zIBLs=0.30±0.06和zLBLs=0.56±0.12，IBLs可能是LBLs和HBLs之间的过渡.红移的大小反映了天体出现的早晚[21]，因此，FSRQs应该出现在天体演化的早期，LBLs出现在中期，HBLs出现在演化的后期，各耀变体各子类之间应该存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列[7,10-19].FSRQs和BLLac天体的gamma射线谱指数分布也不同，FSRQs的三个子类HSP、ISP和LSP的gamma射线谱指数平均值分别为αHSP=1.02±0.04，αISP=1.49±0.06和αLSP=1.46±0.02；BLLac天体三个子类HBLs、IBLs和LBLs的gamma射线谱指数分别为值αHBLs=0.85±0.07，IBLsαIBLs=1.06±0.18和αLBLs=1.18±0.03，gamma射线谱指数的差异可能反映了耀变体各子类之间辐射机制的不同,HBLs与FSRQs有明显的不同，LBLs与HBLs却很相似[5].FSRQs和BLLac天体的红移和gamma射线谱指数之间没有相关性.

根据以上的分析和讨论，可以得出以下结论：Fermi耀变体FSRQs、LBLs和HBLs的演化时标和物理性质不同，LBLs可能是FSRQs和HBLs的中间状态，它们之间可能存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列，HBLs与FSRQs有明显的不同，LBLs与HBLs却很相似.

[1]URRYCM,PADOVANIP.Unifiedschemesforradio-loudactivegalacticnuclei[J].PASP,1995,107:803-845.

[2]VONMONTIGNYC,BERTSCHDL,CHIANGJ,etal.High-energygamma-rayemissionfromactivegalaxies:EGRETobservationsandtheirimplications[J].ApJ,1995,440:525-553.

[3]FANJH,ADAMG,XIEGZ,etal.Correlationbetweenthegamma-rayandtheradioemissions[J].A&A,1998,338:27-30.

[4]SCARPAR，FALOMOR.ArehighpolarizationquasarsandBLLacertaeobjectsreallydifferent?Astudyoftheopticalspectralproperties[J].A&A,1997,325:109-123.

[5]FANJH,YANGJH,YUANYH,etal.ThespectralindexpropertiesofFermiblazars[J].ApJ,2012,761(2):125-136.

[6]PADOVANIP,GIOMMIP.Theconnectionbetweenx-ray-andradio-selectedBLLacertaeobjects[J].ApJ,1995,444(2):567-581.

[7]BÖTTCHERM,DERMERCD.Anevolutionaryscenarioforblazarunification[J].ApJ,2002,564(1):86-91.

[8]ABDOAA,ACKERMANNM,AJELLOM,etal.ThespectralenergydistributionofFermibrightblazars[J].ApJ,2010,716(1):30-70.

[9] 杨江河，杨如曙.不同类blazar的红移及谱指数统计特性[J].天津理工大学学报，2006,22(3)：5-8.

[10]SAMBRUNARM,MARASCHIL,URRYCM.Onthespectralenergydistributionsofblazars[J].ApJ,1996,463:444-465.

[11]FOSSATIG,MARASCHIL,CELOTTIA，etal.Aunifyingviewofthespectralenergydistributionsofblazars[J].MNRAS,1998,299(2):433-448.

[12]GHISELLINIG,CELOTTIA,FOSSATIG,etal.Atheoreticalunifyingschemeforgamma-raybrightblazars[J].MNRAS,1998,301(2):451-468.

[13]XIEGZ,ZHOUSB,LIUHT，etal.Theaccretionrates-luminosityrelationsandevolutionarysequenceofFSRQs,BLLacobjectsandradiogalaxies[J].IJMPD,2004,13(2):347-257.

[14]MAOLS,XIEGZ,BAIJM，etal.StatisticalpropertiesofablazarsampleandcomparisonofHBLs,LBLsandFSRQs[J].ChJAA,2005,5(5):471-486.

[15]LI,HZ,XIEGZ,YITF，etal.ThespectralenergydistributionsoftheFermiblazarsandconnectionamonglow-energypeakedBLLacertae,high-energypeakedBLLacertae,andflatspectrumradioquasars[J].ApJ,2010,709(2):1407-1411.

[16]GHISELLINIG,MARASCHIL,TAVECCHIOF.TheFermiblazars'divide[J].MNRAS,2009,396(1):L105-L109.

[17]FOSCHINIL,GHISELLINIG,RAITERICM,etal.XMM-Newtonobservationsofasampleofγ-rayloudactivegalacticnuclei[J].A&A,2006,453(3):829-838.

[18]徐云冰，易庭丰.两类BLLac天体和FSRQs之间的关系[J].云南师范大学学报：自然科学版，2014,34(6)：30-34.

[19]俞效龄，张雄，熊定荣,等.BLLac天体多波段高能辐射特性研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2014,34(1)：21-25.

[20]ACKERMANNM,AJELLOM,ATWOODW，etal.ThethirdcatalogofactivegalacticnucleidetectedbytheFermiLargeAreaTelescope[J].AstrophysicalJournal,2015,223,ArXiv:1501.06054.

[21]尤莉莎，张雄.活动星系核的演化与宇宙学红移[J].天文研究与技术：国家天文台台刊，2007,4(2)：108-112.

Properties of Fermi Blazar for Redshift and Gamma Ray Spectral Index

XU Yun-bing, LIU Wen-guang, YI Ting-feng

(School of Physics and Electronic Information,Yunnan Normal University,Kunming 650092,China)

In this paper, we collected 368 samples of Fermi blazars(157 FSRQs,211 BL Lac),analyzed the statistical distributions of redshift and gamma-ray spectral index of the samples,and discussed the relationship between the redshift and the gamma-ray spectral index.The result showed the average redshift and gamma-ray spectral index of HBLs was smaller than those of LBLs and FSRQs,and the average redshift and gamma-ray spectral index of FSRQs was bigger than those LBLs and HBLs,LBLs′redshift and gamma-ray spectral index were in the middle of HBLs and FSRQs.There are an evolutionary sequence of properties from FSRQs through LBLs to HBLs.The HBLs are significantly different from FSRQs,while the LBLs are similar to FSRQs.

Fermi blazars; Redshift; Gamma-ray;Spectral index

2015-06-07

国家自然科学基金项目资助(11463001)；云南省教育厅基金资助项目(2014Y138)；云南省高校天体物理创新团队资助项目.

徐云冰(1980-)，男，云南保山人，硕士，讲师，主要从事天体物理方面研究.

徐云冰.

P15

A

1007-9793(2015)04-0001-04