非均匀喷流模型及其在BL Lac天体中的应用
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天 文 学 报
５ ４卷
由于激 波 多次 加速 ，喷流 中相对 论 电子的 能量 大多 呈幂 律分 布 ．这些 电子 在磁 场 中 运 动 时产生 的 同步辐射 谱也 是幂 律 的 ，辐射 谱 的谱 指数 与 电子 能 量分布 谱 指数相 关 ．但 这 些 电子会 重新 吸收 部分频 率低 于某 一 值 的光 子 ，即 同步 自吸收 ．于是辐 射谱 呈现 光学 厚 的辐射 特 征 ，无论 初始的 谱指 数是 多少 ，辐射谱 指 数变 为 一 ５ ／ ２ ［ 驯 ．所 以对 于一 个均 匀
主导的喷流，其射 电辐射主要来 自核心区域，通常为平谱， 也有少数是反转谱 ［ ３ ， ５ － ８ ］ ． 对 于ｂ ｌ ａ ｚ ａ ｒ 天体而言，其射电辐射一般是平谱，谱指数 ＜０ ． ５ ．
２ ０ １ ２ — ０ ９ — ２ ８收到原稿， ２ ０ １ ２ — １ ０ — ３ １收到修改稿
的辐射源，由于同步 自吸收的原因， 辐射谱呈现一个峰值． 在非均匀喷流模型中，由于电
子 的数 密度 和磁 场强度 是 随着 到喷 流顶 点的距 离而 变化 的 ，所 以 喷流 中各个 不 同部 分 的 同步 自吸收 谱 的峰频 出现 在不 同 的频率 处 ．对 于合 适 的喷 流物理 参 数 ，各个 峰频 的 流量
只适 用于喷流运动方 向与视线夹角很大 的情 况，所 以需要建立适用于任何视角情 况的非均 匀锥形喷流辐射计算公式．普遍认 为 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ天体 中喷流 的运动方 向与视 线夹角很 小，推 广后 的非均匀 喷流模型拟合了 ３个 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ 天体的射 电观测谱，确定 了它们喷流中电子数 密度 、磁场强度等物理参数．研 究结果表 明观测辐射谱拐折频率确定出锥形 喷流离黑洞最 近距 离，对于这 ３个 ＢＬ Ｌ ａ ｃ天体 ，它们的锥形喷流离黑洞最近距离约为 Ｓ ｃ ｈ ｗａ ｒ ｚ ｓ ｃ ｈ ｉ ｌ ｄ
（ １中国科学院上海天文台 上海 ２ ０ ０ ０ ３ ０ ）
（ ２中国 科学院大学北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘 要 在非均匀锥 形喷流 模型中，电 子数密度、 磁场强度随着到喷流顶点的距离呈 幂
律分 布．该模型能成功解释活动星系核喷流核心 区域的平谱射 电辐射，但 已有的模型计算
论集束效应使得观测到的亮度远超其本征辐射 ．喷流的辐射主要在射 电波段，延伸到红 外、光学，甚至 ｘ射线波段． 根据射 电强度的分布，活动星系核可以分为瓣主导 （ 边缘 亮 中间 暗，射 电结构 可 以分 解） 和 核 主导 【 ］ （ 边缘 暗中 间亮 ，或 Ｖ Ｌ Ａ 观测 射 电结构 不 可
｝国家 自 然科学基金项 目 （ １ ０ ７ ７ ３ ０ ２ １ ， １ ０ ８ ３ ３ ０ ０ ５ ）、 国家 自 然科学基金创新研究群体项 目 （ １ ０ ８ ２ １ ３ ０ ２ ） 及９ ７ ３项 目
（ ２ ０ ０ ７ ｃ Ｂ ８ １ ５ ４ ０ ２ ／ ４ ０ ３ ） 资助
ｔ ｃ ｈａ ｉ ｂｏ＠ｓ ｈ ａ ｏ ａｃ ． ｃｎ
为有效的工具， 由于 Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 有足够高的分辨率， 它可以将很多原来认为是致密的源分解成 若 干个成 分 ． 通过 长期 的观测 ，可以测 量 出同一成 分在 不 同时间 的位置 ， 从 而计算 出 喷流
的 自行 ． 人 们发现 有些 喷流的光 变与 Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 观测 中一个 新成分 的产 生有很好 的对应 ． 很 多 成 分都 有不 同程 度 的视超 光速 现象 ，这 是 因为这 些成 分 的运动 方 向与我 们视 线夹 角很 小
分 解） ． 活 动星 系核 的射 电谱通 常是 幂律 谱 ，一 般认 为是 由相 对论 电子 在磁场 中运 动 时产 生 的 同步辐射 导 致．对 于瓣 主导 的 喷流 ，其 辐射 主要 来 自核 心 以外 的延展 区域 ，气体 密 度很 低 ，射 电辐 射往 往是 光学 薄 的 ，呈 现典型 的幂 律谱 ： 量， ｏ ｃ ～ （ 其中 是辐 射流 是 辐射频 率 ， Ｏ Ｌ 是 谱指 数） ， 谱形 通 常很 陡， Ｏ ｌ 一般在 ０ ． ５ １之 间 ［ ２ － ４ ］ ． 对 于核
的缘故． Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 观测中还发现核的尺度与观测频率相关，也就是说不同频率观测到的核 大 小是 不 一样 的．尽管存 在 不 同频 率 观测 分辨 率不 同 的因 素，但 其原 因主要是 喷 流 的 内 禀性质 ． ＶＬ Ｂ Ｉ 观 测得 到的 喷流核 是光 学厚 的 ，核 的边 缘对应 于 光深 约等 于 １的地 方 ． Ｋ Ｓ ｎ ｉ ｇ ｌ ［ 加】 提 出了非均 匀 喷流模 型 ．这 个模 型很 好地 解释 了喷 流 的射 电谱 的性 质 ．在 这个
大致变化不大，对于没有分辨的射 电核辐射可能就是来 自喷流核心不同区域的同步 自吸 收 谱 的叠加 ，所 以观测 到的 核 区辐 射是 一个 平谱 ．
Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ （ Ｖ ｅ ｒ ｙ Ｌ ｏ ｎ ｇ Ｂ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ） 观 测技术 为 活动星 系核 喷流研 究提 供 了极
第５ ４卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ５ 月
天
文
学 报
Ｖｏ １ ． ５ ４ ＮＯ ． ３ Ｍａ ｙ ， ２ ０ １ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＡＣＴＡ ＡＳ ＴＲＯＮＯＭ Ｉ ＣＡ Ｓ Ｉ ＮＩ ＣＡ
非均匀喷流模 型及其在 ＢＬ Ｌ ａ ｃ天体 中的 应 用术
柴 博 ， ２ 十 曹 新伍
半径 ．
关键 词 星系 ：活动 ，星系：喷流 ， ＢＬ Ｌａ ｃ天体 ：普通
中图分类号： Ｐ １ ５ ７ ； 文献标识码 ： Ａ
１ 引言
大约 １ ／ １ ０的活动星 系核 中存在相 对论性 运动 的喷 流， 其 空间范 围可从 ｐ ｃ 延展 到 ｋ ｐ ｃ ， 乃至 Ｍｐ ｃ尺度 ．高速 运 动的 喷流 的洛 伦兹 因子 可达几 十 ，并 且准 直性 很好 ，由于多普 勒 效 应 ，其 辐射 具有很 强 的方 向性 ，所 以当 喷流运 动 方 向与视 线 夹角很 小 时，很强 的相 对
天 文 学 报
５ ４卷
由于激 波 多次 加速 ，喷流 中相对 论 电子的 能量 大多 呈幂 律分 布 ．这些 电子 在磁 场 中 运 动 时产生 的 同步辐射 谱也 是幂 律 的 ，辐射 谱 的谱 指数 与 电子 能 量分布 谱 指数相 关 ．但 这 些 电子会 重新 吸收 部分频 率低 于某 一 值 的光 子 ，即 同步 自吸收 ．于是辐 射谱 呈现 光学 厚 的辐射 特 征 ，无论 初始的 谱指 数是 多少 ，辐射谱 指 数变 为 一 ５ ／ ２ ［ 驯 ．所 以对 于一 个均 匀
主导的喷流，其射 电辐射主要来 自核心区域，通常为平谱， 也有少数是反转谱 ［ ３ ， ５ － ８ ］ ． 对 于ｂ ｌ ａ ｚ ａ ｒ 天体而言，其射电辐射一般是平谱，谱指数 ＜０ ． ５ ．
２ ０ １ ２ — ０ ９ — ２ ８收到原稿， ２ ０ １ ２ — １ ０ — ３ １收到修改稿
的辐射源，由于同步 自吸收的原因， 辐射谱呈现一个峰值． 在非均匀喷流模型中，由于电
子 的数 密度 和磁 场强度 是 随着 到喷 流顶 点的距 离而 变化 的 ，所 以 喷流 中各个 不 同部 分 的 同步 自吸收 谱 的峰频 出现 在不 同 的频率 处 ．对 于合 适 的喷 流物理 参 数 ，各个 峰频 的 流量
只适 用于喷流运动方 向与视线夹角很大 的情 况，所 以需要建立适用于任何视角情 况的非均 匀锥形喷流辐射计算公式．普遍认 为 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ天体 中喷流 的运动方 向与视 线夹角很 小，推 广后 的非均匀 喷流模型拟合了 ３个 Ｂ Ｌ Ｌ ａ ｃ 天体的射 电观测谱，确定 了它们喷流中电子数 密度 、磁场强度等物理参数．研 究结果表 明观测辐射谱拐折频率确定出锥形 喷流离黑洞最 近距 离，对于这 ３个 ＢＬ Ｌ ａ ｃ天体 ，它们的锥形喷流离黑洞最近距离约为 Ｓ ｃ ｈ ｗａ ｒ ｚ ｓ ｃ ｈ ｉ ｌ ｄ
（ １中国科学院上海天文台 上海 ２ ０ ０ ０ ３ ０ ）
（ ２中国 科学院大学北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘 要 在非均匀锥 形喷流 模型中，电 子数密度、 磁场强度随着到喷流顶点的距离呈 幂
律分 布．该模型能成功解释活动星系核喷流核心 区域的平谱射 电辐射，但 已有的模型计算
论集束效应使得观测到的亮度远超其本征辐射 ．喷流的辐射主要在射 电波段，延伸到红 外、光学，甚至 ｘ射线波段． 根据射 电强度的分布，活动星系核可以分为瓣主导 （ 边缘 亮 中间 暗，射 电结构 可 以分 解） 和 核 主导 【 ］ （ 边缘 暗中 间亮 ，或 Ｖ Ｌ Ａ 观测 射 电结构 不 可
｝国家 自 然科学基金项 目 （ １ ０ ７ ７ ３ ０ ２ １ ， １ ０ ８ ３ ３ ０ ０ ５ ）、 国家 自 然科学基金创新研究群体项 目 （ １ ０ ８ ２ １ ３ ０ ２ ） 及９ ７ ３项 目
（ ２ ０ ０ ７ ｃ Ｂ ８ １ ５ ４ ０ ２ ／ ４ ０ ３ ） 资助
ｔ ｃ ｈａ ｉ ｂｏ＠ｓ ｈ ａ ｏ ａｃ ． ｃｎ
为有效的工具， 由于 Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 有足够高的分辨率， 它可以将很多原来认为是致密的源分解成 若 干个成 分 ． 通过 长期 的观测 ，可以测 量 出同一成 分在 不 同时间 的位置 ， 从 而计算 出 喷流
的 自行 ． 人 们发现 有些 喷流的光 变与 Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 观测 中一个 新成分 的产 生有很好 的对应 ． 很 多 成 分都 有不 同程 度 的视超 光速 现象 ，这 是 因为这 些成 分 的运动 方 向与我 们视 线夹 角很 小
分 解） ． 活 动星 系核 的射 电谱通 常是 幂律 谱 ，一 般认 为是 由相 对论 电子 在磁场 中运 动 时产 生 的 同步辐射 导 致．对 于瓣 主导 的 喷流 ，其 辐射 主要 来 自核 心 以外 的延展 区域 ，气体 密 度很 低 ，射 电辐 射往 往是 光学 薄 的 ，呈 现典型 的幂 律谱 ： 量， ｏ ｃ ～ （ 其中 是辐 射流 是 辐射频 率 ， Ｏ Ｌ 是 谱指 数） ， 谱形 通 常很 陡， Ｏ ｌ 一般在 ０ ． ５ １之 间 ［ ２ － ４ ］ ． 对 于核
的缘故． Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ 观测中还发现核的尺度与观测频率相关，也就是说不同频率观测到的核 大 小是 不 一样 的．尽管存 在 不 同频 率 观测 分辨 率不 同 的因 素，但 其原 因主要是 喷 流 的 内 禀性质 ． ＶＬ Ｂ Ｉ 观 测得 到的 喷流核 是光 学厚 的 ，核 的边 缘对应 于 光深 约等 于 １的地 方 ． Ｋ Ｓ ｎ ｉ ｇ ｌ ［ 加】 提 出了非均 匀 喷流模 型 ．这 个模 型很 好地 解释 了喷 流 的射 电谱 的性 质 ．在 这个
大致变化不大，对于没有分辨的射 电核辐射可能就是来 自喷流核心不同区域的同步 自吸 收 谱 的叠加 ，所 以观测 到的 核 区辐 射是 一个 平谱 ．
Ｖ Ｌ Ｂ Ｉ （ Ｖ ｅ ｒ ｙ Ｌ ｏ ｎ ｇ Ｂ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｒ ｙ ） 观 测技术 为 活动星 系核 喷流研 究提 供 了极
第５ ４卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ５ 月
天
文
学 报
Ｖｏ １ ． ５ ４ ＮＯ ． ３ Ｍａ ｙ ， ２ ０ １ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＡＣＴＡ ＡＳ ＴＲＯＮＯＭ Ｉ ＣＡ Ｓ Ｉ ＮＩ ＣＡ
非均匀喷流模 型及其在 ＢＬ Ｌ ａ ｃ天体 中的 应 用术
柴 博 ， ２ 十 曹 新伍
半径 ．
关键 词 星系 ：活动 ，星系：喷流 ， ＢＬ Ｌａ ｃ天体 ：普通
中图分类号： Ｐ １ ５ ７ ； 文献标识码 ： Ａ
１ 引言
大约 １ ／ １ ０的活动星 系核 中存在相 对论性 运动 的喷 流， 其 空间范 围可从 ｐ ｃ 延展 到 ｋ ｐ ｃ ， 乃至 Ｍｐ ｃ尺度 ．高速 运 动的 喷流 的洛 伦兹 因子 可达几 十 ，并 且准 直性 很好 ，由于多普 勒 效 应 ，其 辐射 具有很 强 的方 向性 ，所 以当 喷流运 动 方 向与视 线 夹角很 小 时，很强 的相 对