耀变体(Blazar)的伽玛射线辐射与黑洞质量的研究

耀变体（Blazar）的伽玛射线辐射与黑洞质量的研究摘要：收集了139个费米的耀变体数据，其中96个平谱射电类星体（FSRQs），42个蝎虎天体（BLLacs）。对其中黑洞质量，红移，伽玛流量，伽玛谱指数进行了研究。得到以下几个结论：(1)平谱射电类星体与蝎虎天体的红移、伽马谱指数有差异；(2)平谱射电类星体与蝎虎天体的黑洞质量和伽马流量分布无显著差异，这和其他人的结论一致；(3)平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛流量之间具有弱相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛流量之间无相关性；(4)平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛谱指数之间无相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛指数之间具有弱相关性。关键字：耀变体；黑洞质量；伽玛射线辐射1引言Blazar天体是活动星系核(AGNs)的一个重要子类，观测上具有以下特征：光谱是没有发射线或者发射线很弱(等值宽度小于5Å)的连续谱；具有大幅度的快速光变；具有高偏振且偏振是变化的；具有从射电到X甚至到γ波段的非热连续辐射[1]。一般按照发射线等值宽度(EW)，分为平谱射电类星体(FSRQ)和蝎虎天体(BLLac)，等值宽度大于5Å是FSRQ，小于5Å是BLLac。耀变体高能γ射线的起源和辐射机制一直是高能天体物理研究的前沿热点问题。许多的模型已经提出去解释blazars伽马射线的起源，包括：(1)同步自康普顿(SSC)(如Maraschietal.1992)[2]；(2)逆康普顿散射被周围的气体和尘埃散射的软光子或者散射宽线区气体云产生的软光子(Sikoraetal.1994；Xieetal.1997)[3,4]；(3)逆康普顿散射来自吸积盘的的软光子(Dermeretal.1992；Zhang&Cheng1997)[5,6]；(4)极端相对论性正负电子的同步辐射(如Ghisellinietal.1993；Chengetal.1993)[7,8]；(5)极端相对论性质子与电磁波和重子相互作用(Mannheim&Biermann1992；Mannheim1993；Cheng&Ding1994)[9-10]。本文中我们对耀变体的黑洞质量与γ射线波段之间进行研究，进而探索费米耀变体的γ射线产生与黑洞质量有没有关系。2样本首先从文献[11-16]中收集了Blazar的黑洞质量，文献中评估黑洞质量的方法主要包括：反响映射法、短时标光变法、黑洞质量和核球弥散度或核光度的关系；其次，从文献[17]中得到伽马能量流量和光子普指数(0.1-100GeV)；然后利用NED，交叉认证得到既有黑洞质量又有伽马能量流量和光子谱指数的FermiBlazars,红移值来自于NED。最终我们收集到139个FermiBlazars,其中96个平谱射电类星体（FSRQs），42个蝎虎天体(BLLacs)。利用1)1(zFFobsvv(1)关系对伽马流量进行了K改正。3统计分析13.1红移分布图图1是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的红移分布图。平谱射电类星体的红移范围从0-3.25，峰值出现在0.5-0.75。蝎虎天体的红移从0.25-1.50，峰值出现在0.25-0.5之间。因此平谱射电类星体与蝎虎天体的红移分布有差异。图1耀变体红移分布图Fig.1Thedistributionofredshiftforblazar3.2黑洞质量分布图图2是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的黑洞质量分布图。平谱射电类星体的黑洞质量与太阳黑洞质量的比值范围从6.75-10.25，峰值出现在8.5-8.75之间。蝎虎天体的黑洞质量与与太阳黑洞质量的比值范围从7.5-10.5，峰值出现在8.75-9.00之间。因此平谱射电类星体与蝎虎天体的黑洞质量分布无显著差异，这和其他人的结论一致[15]。图2耀变体黑洞质量分布图Fig.2Blackholemassdistributionforblazar23.3伽玛谱指数分布图图3是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的伽玛谱指数分布图。平谱射电类星体伽玛谱指数范围从1.8-2.9，峰值出现在2.2-2.3之间。蝎虎天体伽玛谱指数范围从1.2-2.6，峰值出现在2.1-2.2之间。因此平谱射电类星体与蝎虎天体的伽玛谱指数分布有差异。图3耀变体伽玛谱指数分布图Fig.3Gammaspectrumindexdistributionofblazar3.4伽玛流量分布图图4是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的伽玛流量分布图。平谱射电类星体伽玛流量范围-11.5--8.725，峰值出现在-10.375--10.25之间。蝎虎天体伽玛流量范围-11.15--9.375，峰值在-10.25--10.125之间。因此平谱射电类星体与蝎虎天体的伽玛流量分布无显著差异。图4耀变体伽玛流量分布图Fig.4Gammafluxdistributionforblazar3.5黑洞质量与伽玛流量之间的关系3图5和图6分别是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的黑洞质量与伽玛流量的关系图。我们利用一元线性回归的方法分析了两类耀变体的黑洞质量与伽玛流量之间的相关性，并将结果记录在表1中。从表1中可以得出：平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛流量之间具有弱相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛流量之间无相关性。图5平谱射电类星体（FSRQ）黑洞质量与伽玛流量的关系图Fig.5BlackholemassandgammafluxforFSRQ图6蝎虎天体（BLLac）黑洞质量与伽玛流量的关系图Fig.6BlackholemassandgammafluxforBLLac4表1线性回归分析结果Table1TheresultsoflinearregressionTyperSDNPFSRQ0.199840.4536850.06669BLLac-0.071070.46982380.67156注：r是相关系数；SD是标准偏差；N是样本个数；P是偶然概率。3.6黑洞质量与伽玛谱指数之间的关系图7和图8分别是平谱射电类星体（FSRQ）与蝎虎天体（BLLac）的黑洞质量与伽玛谱指数的关系图。我们利用一元线性回归的方法分析了两类耀变体的黑洞质量与伽玛谱指数之间的相关性，并将结果记录在表2中。从表2中可以得出：平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛谱指数之间无相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛指数之间具有弱相关性。图7平谱射电类星体（FSRQ）黑洞质量与伽玛谱指数的关系图Fig.7BlackholemassandgammaspectrumindexforFSRQ5图8蝎虎天体（BLLac）黑洞质量与伽玛谱指数的关系图Fig.8BlackholemassandgammaspectrumindexforBLLac表2线性回归分析结果Table2TheresultsoflinearregressionTyperSDNPFSRQ-0.118670.19665850.27936BLLac0.223570.26694380.17725注：r是相关系数；SD是标准偏差；N是样本个数；P是偶然概率。4结论通过对96个平谱射电类星体（FSRQ），42个蝎虎天体（BLLac）的黑洞质量，红移，伽玛流量，伽玛谱指数进行研究。得到以下几个结论：(1)平谱射电类星体与蝎虎天体的红移、伽马谱指数有差异；(2)平谱射电类星体与蝎虎天体的黑洞质量和伽马流量分布无显著差异，这和其他人的结论一致；(3)平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛流量之间具有弱相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛流量之间无相关性；(4)平谱射电类星体的黑洞质量与伽玛谱指数之间无相关性，而蝎虎天体的黑洞质量与伽玛指数之间具有弱相关性。参考文献[1]UrryCM,PadovaniP.UnifiedSchemesforRadio-LoudActiveGalacticNuclei[J].PASP,1995,107:803.[2]Maraschi,Letal.Ajetmodelforthegamma-rayemittingblazar3C279[J].ApJ,1992,397:5.[3]SikoraM,BegelmanMC,ReesMJ.Comptonizationofdiffuseambientradiationbyarelativisticjet:Thesourceofgammaraysfromblazars?[J].ApJ,1994,421:153.6[4]XieGZ,ZhangYH.TheRelationbetweenGamma-RayandNear-InfraredRadiationinGamma-Ray--loudBlazars[J].ApJ,1997,477:114.[5]DermerCD,SchlickeiserR,MastichiadisA.High-energygammaradiationfromextragalacticradiosources[J].A&A,1992,256:27.[6]ZhangL,ChengKS.Gamma-RayProductionthroughInverseComptonScatteringwithAnisotropicPhotonFieldfromAccretionDiskinAGNs[J].ApJ,1997,488:9.[7]GhiselliniG,etal.Relativisticbulkmotioninactivegalacticnuclei[J].ApJ,1993,407:65.[8]ChengKS,YuKN,DingKY.X-RayandGamma-RayEmissionfromActiveGalacticNuclei[J].A&A,1993,275:53.[9]MannheimK,BiermannPL.Gamma-rayflaringof3C279-Aproton-initiatedcascadeinthejet?[J].A&A,1992,253:21.[10]ChengKS,DingKY.Onthegamma-rayemissionfromMarkarian421[J].A&A,1994,288:97.[11]ChaiB,CaoXW,GuMF.WhatGovernstheBulkVelocityoftheJetComponentsinActiveGalacticNuclei?[J].ApJ,2012,759:114[12]WooJH,UrryCM.ActiveGalacticNucleusBlackHoleMassesandBolometricLuminosities[J].ApJ,2002,579:530.[13]XieGZ,ZhouSB.,LiangEW.THEMASS-LUMINOSITYRELATION,ACCRETIONRATE–LUMINOSITYRELATION,ANDEVOLUTIONARYSEQUENCEOFBLAZARS[J].AJ,2004,127:53.[14]LiuY,JiangDR,GuMF.TheJetPower,RadioLoudness,andBlackHoleMassinRadio-loudActiveGalacticNuclei[J].ApJ,2006,637:669.[15]SbarratoT,etal.Therelationbetweenbroadlinesandγ-rayluminositiesinFermiblazars[J].MNRAS,2012,421:1764.[16]ZhouM,CaoXW.TherelationbetweenblackholemassesandLorentzfactorsofthejetcomponentsinblazars[J].RAA,2009,9,293.[17]AbdoAA,etal.FermiLargeAreaTelescopeSecondSourceCatalog[J].ApJs,2012,199:31.AStudyof