費(fèi)米耀變體伽馬射線光度和中心黑洞質(zhì)量的研究*

黃霞, 馬力, 王保珩, 蔡金明, 熊菲

(1.昆明醫(yī)科大學(xué) 海源學(xué)院，云南 昆明 651701;2.玉溪師范學(xué)院，云南 玉溪 653100)

由于Fermi LAT的高靈敏度、寬能段、大視場，到現(xiàn)在為止，數(shù)百顆Blazar已被其觀測到，使得對Blazar的研究進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期[1-2].Blazar高能伽馬射線的產(chǎn)生一直是高能天體研究的熱點(diǎn)問題，研究者已經(jīng)提出了許多模型來解釋，主要包括輕子和強(qiáng)子模型[3].伽馬射線的光度和黑洞質(zhì)量之間是否存在相關(guān)性對高能伽馬射線的產(chǎn)生具有重要意義[4]；此外，伽馬射線光度可以作為噴流功率的探針，所以伽馬射線的光度和黑洞質(zhì)量之間相關(guān)性的研究對噴流的產(chǎn)生也有重要意義[5].短時(shí)標(biāo)光變是指天體的輻射流量在較短時(shí)間內(nèi)的變化，Blazar的顯著特征之一即是短時(shí)標(biāo)光變.本文利用短時(shí)標(biāo)光變得到Blazar的中心黑洞質(zhì)量和多普勒因子，分析了Blazar伽馬射線的光度和黑洞質(zhì)量之間相關(guān)性.

1 樣本選取和數(shù)據(jù)處理

(1)

(2)

根據(jù)公式(1)和(2)與以上的關(guān)系可以得到觀測的伽馬射線光度、多普勒因子、中心黑洞質(zhì)量；由于觀測的伽馬射線光度受聚束效應(yīng)的影響，必須進(jìn)行如下改正[6]以得到內(nèi)秉的光度：

表1 Blazar樣本

2 結(jié) 果

2.1 分布圖

圖1為Blazar的紅移分布圖，從圖1可以得到：BL Lac的紅移分布范圍為0～1，平均值為0.28；FSRQ的紅移分布范圍為0～2.2，平均值為1.01.圖2為多普勒因子的分布，從圖2可以得到：BL Lac的多普勒因子分布范圍為0～4.5，平均值為2.2；FSRQ的多普勒因子分布范圍為0～6.5，平均值為3.7.圖3為內(nèi)秉伽馬射線光度的分布，從圖3可得到：BL Lac的內(nèi)秉伽馬射線光度分布范圍為44.18～44.95，平均值為44.59；FSRQ的內(nèi)秉伽馬射線光度分布范圍為44.22～46.19，平均值為45.3.圖4為黑洞質(zhì)量的分布，從圖4可以得到：BL Lac的黑洞質(zhì)量分布范圍為7.3～8.3，平均值為7.94；FSRQ的黑洞質(zhì)量分布范圍為7.4～9.17，平均值為8.47.圖5為內(nèi)秉吸積率的分布，從圖5可以得到：BL Lac的內(nèi)秉吸積率分布范圍為-1.25～-0.98，平均值為-1.17；FSRQ的內(nèi)秉吸積率分布范圍為-1.2～-0.78，平均值為-0.98.

圖1紅移分布圖圖2多普勒因子分布圖

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

圖3內(nèi)秉伽馬射線光度分布圖圖4黑洞質(zhì)量分布圖

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

圖5 內(nèi)秉吸積率分布圖

2.2 內(nèi)秉伽馬射線光度和中心黑洞質(zhì)量的關(guān)系

2.3 內(nèi)秉的伽馬射線光度和內(nèi)秉的吸積率

圖7是內(nèi)秉的伽馬射線光度對吸積率的關(guān)系圖，利用線性回歸的分析方法，可以得到內(nèi)秉的伽馬射線光度和吸積率之間具有強(qiáng)的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)r=0.73，偶然概率P<0.000 1).從圖7中也可以得到：FSRQ具有大的吸積率和伽馬射線光度，而BL Lac具有小的吸積率和伽馬射線光度.

圖6 內(nèi)秉伽馬射線光度對黑洞質(zhì)量 圖7 內(nèi)秉伽馬射線光度對吸積率

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

3 結(jié) 論

通過對費(fèi)米Blazar紅移、多普勒因子、內(nèi)秉伽馬射線光度、黑洞質(zhì)量和內(nèi)秉吸積率的分布研究，得到：與BL Lac相比，F(xiàn)SRQs有更大的平均紅移、多普勒因子、內(nèi)秉伽馬射線光度、黑洞質(zhì)量和內(nèi)秉吸積率.這些結(jié)果說明和BL Lac相比，F(xiàn)SRQ具有一些不同的物理性質(zhì)，也支持Fan等[15]用譜指數(shù)得到的結(jié)果.可能的解釋為[5]：FSRQ產(chǎn)生在宇宙的早期，具有強(qiáng)大的吸積盤、噴流、吸積率.隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)SRQ的吸積率減小，并且吸積盤也變小.當(dāng)吸積率低于某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值是，吸積改變模式，變得吸積無效，此時(shí)FSRQ也演變?yōu)锽L Lac.

在消除聚束效應(yīng)對光度的影響后，得到了內(nèi)秉伽馬射線光度和吸積率.利用線性回歸和Pearson偏相關(guān)分析得到：內(nèi)秉伽馬射線光度與中心黑洞質(zhì)量、吸積率都有很好的相關(guān)性，這個(gè)結(jié)果說明噴流的產(chǎn)生與中心黑洞質(zhì)量和吸積都有關(guān)系[5]；而更大的黑洞質(zhì)量具有更大的黑洞自旋值[17]，這表明噴流的產(chǎn)生和黑洞自旋有關(guān)聯(lián)，即噴流提取黑洞自旋的旋轉(zhuǎn)能.