利用高海拔宇宙线观测站研究活动星系核甚高能辐射

Active galactic nuclei (AGNs) dominate the extragalactic gamma-ray emissions. The study of AGN gamma-ray is helpful to reveal the origin of high energy cosmic rays, jet energy dissipation, particle acceleration and the AGN unified model. In this project, we will use the Very-High-Energy (VHE) data of the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) to study the VHE radiative processes and the jet physical properties. Firstly, it is found that some AGNs may have extremely hard VHE spectra or a possible concave spectral shape. This project will utilize LHAASO data to study the origin of this extremely hard VHE spectra and/or its possible concave spectrum. Secondly, the VHE emission from radio galaxy is possibly related to the origin of high energy Cosmic ray and jet physical properties. This project will use LHAASO data to study the origin of VHE emission of radio galaxies. Thirdly, this project will search possible QPO of AGN from LHAASO VHE data, and explore its origin.

河外的伽玛射线辐射源主要是活动星系核。活动星系核伽玛射线辐射是当今天体物理研究的热点。其对于理解高能宇宙线起源，喷流能量耗散、粒子加速及活动星系核统一模型具有重要意义。本项目将利用高海拔宇宙线观测站（LHAASO）的甚高能数据开展活动星系核甚高能辐射机制和喷流性质研究。一、近年来发现有些活动星系核甚高能辐射呈现新的能谱特征，如內禀谱极端硬、可能的拐折谱等；借助LHAASO在甚高能能段具有较高灵敏度及大视场巡天观测模式，本项目将利用其数据研究活动星系核甚高能新能谱特征的普遍性和物理起源。二、射电星系甚高能辐射的发现对于研究喷流物理、高能宇宙线起源有重要意义。本项目将利用LHAASO数据开展射电星系甚高能辐射起源的研究。三、借助LHAASO时间采样的均匀性，本项目将利用其数据系统的搜寻活动星系核甚高能辐射周期性光变并研究其物理起源。

LHAASO项目整体对河外源活动星系核探测数据仍在持续收集中；故而本项目围绕活动星系核高能辐射相关问题进行了一系列相关研究。包括产生高能辐射区的活动星系核喷流的产生、准直和加速，喷流中高能粒子的加速过程及伽玛射线辐射起源，活动星系核的多波段能谱性质等。本项目共发表科学论文10篇，其中SCI论文8篇。主要研究进展和重要结果包括代表性成果：.（一）喷流广泛存在于不同类型各种尺度天体中，如超大质量黑洞驱动的活动星系核、恒星级黑洞的双星系统、伽玛射线爆、脉冲星和原恒星等。喷流携带的磁场能逐渐转变为其动能，从而加速并准直喷流。我们通过将磁主导喷流径向平衡方程（force-free）一分为二，形成分别描述旋转项和非旋转项的两个方程，从而首次求得了这一存在半个多世纪的方程的普适解析解，进一步构建了磁主导喷流（force-free）解析模型，刻画了喷流性质（包括磁场、速度、密度、电流和电荷等的三维分布），描述了喷流产生、加速和准直过程。该模型可以解释已有喷流观测和理论的主要结果，如喷流轮廓、加速、偏振、分层、周期性光变等；还预言了丰富现象，指导未来喷流观测。.（二）、在耀变体B0516-621的GeV能谱中发现一个疑似线谱的结构对暗物质模型给出了新的限制。目前已知的天体物理过程都无法产生在伽玛射线能段的谱线结构。类轴子粒子作为暗物质粒子的候选体，在WIMP粒子搜寻无果后成为了热门的研究对象。类轴子粒子在磁场中会和伽玛射线光子以一定的概率发生相互转化，从而在观测能谱上产生振荡结构。通过对该模型的拟合，在类轴子粒子在质量-耦合系数的参数空间对其给出了新的限制。