极高能宇宙线与TeV耀变体的相关研究

极高能宇宙线的起源问题至今仍是一个谜团，目前认为活动星系核（AGNs）是极高能宇宙线最有可能的天体起源之一。TeV耀变体（blazars）是活动星系核中活动性非常强烈的一个子类，因此更有可能是极高能宇宙线起源的候选体。由于极高能宇宙线观测事例数较少以及星际磁场改变极高能宇宙线的传播方向等原因，使得直接通过宇宙线事例到达方向与相关天体进行关联研究较为困难。但能否作为极高能宇宙线起源的候选体，关键之一是判断辐射区能否把宇宙线粒子的能量加速到极高能区。本项目拟从这一基本思想出发，从耀变体的光变研究着手，获取该类天体辐射区尺度大小、磁场强度和多普勒因子等物理信息，从而得到辐射区能够把宇宙线粒子加速到的极限能量，进而判断耀变体能否作为极高能宇宙线起源的候选体。我们希望本项目的开展，能够加深人们对TeV耀变体辐射区的理解，能够对最终解决极高能宇宙线起源问题增加一点贡献。

自从上个世纪六十年代探测到首个极高能宇宙线事例以来，国际上又相继建成AGASA实验、HiRes实验、Auger实验和TA实验，来研究极高能宇宙线的性质。经过几十年的实验观测，人们对极高能宇宙线的能谱、到达方向、原初成份等进行了深入研究，对极高能宇宙线的理解逐渐加深，但极高能宇宙线的起源问题仍然是一个谜团。由于极高能宇宙线观测事例数较少以及星际磁场改变极高能宇宙线的传播方向等原因，到目前为止，仍没有观测到极高能宇宙线的对应天体。不过目前普遍认为活动星系核是极高能宇宙线起源的候选体之一。但能否作为极高能宇宙线起源的候选体，关键之一是判断辐射区能否把宇宙线粒子的能量加速到极高能区。TeV耀变体是活动星系核中观测到TeV辐射的活动性非常强烈的一个子类，因此更有可能是极高能宇宙线起源的候选体。本项目研究了TeV耀变体的光变，共获得了38个TeV耀变体的辐射区尺度大小、磁场强度和多普勒因子等信息，计算了带点粒子在辐射区加速能够获得的最高能量，即辐射区对带电粒子的加速能力，结果显示这些耀变体能够把质子和铁核的能量加速到EeV能区甚至100EeV以上，因此耀变体能够作为极高能宇宙线起源的候选体。本项目研究结果对极高能宇宙线源的寻找具有重要意义，也将对TeV耀变体辐射加速机制的研究起到一定的推动作用。