M87喷流的辐射模型及其在典型活动星系核喷流中的应用

In the M87 jet, the inner knot HST-1 is very activity, but the outter knots are relatively quiet. The spectral energy distributions (from radio to X-ray band) and polarization observations of the M87 knots all show the characteristics of synchrotron radiation. We proposed a modified synchrotron model for the outter knots in the M87 jet (Liu & Shen 2007); to explain the lightcurves (from radio to X-ray) of the HST-1, we suggest that a Fermi process modulates the synchrotron radiation of the HST-1 (Liu et al. in preparing)---under certain conditions (the surrounding environment changes), these two mechanisms can be transformed into each other. Then, we could use a consistent manner to understand the radiation process of the upstream and downstream in the M87 jet. We will further improve this scheme with the relevant observations. We also try to apply this model to some typical AGN jets.

M87喷流中内部亮结HST-1的活动性非常强，而外部亮结则相对稳定，但二者的能谱分布（从射电到X射线波段）及偏振观测都显示出了同步辐射特性。我们提出了一种修正的同步辐射模型用于解释外部亮结的能谱分布(Liu & Shen 2007)；而对于内部亮结HST-1，我们最近则提出了一种受费米过程调制的同步辐射模型(Liu et al. in preparing)来解释其多波段光变曲线的相关性——这两种机制分别负责M87喷流外部和内部亮结的辐射过程，并且在一定条件下（只是因为环境的不同）可以互相转化。这样我们就能以一种自然、统一的方式认识M87喷流上、下游的辐射本质。该套方案需要结合实测数据进一步完善。我们也试着将此套方案应用到一些典型活动星系核喷流样本中。

活动星系核中喷流的辐射机制是天体物理的重要问题。不断涌现的新观测数据（中国科学院天文台系统所属的观测设备对此亦有贡献），为破解这一谜题提供了契机。我们从M87和3C 273这两类具有代表性的源入手，构建了喷流的辐射理论模型——为未来拟建大型天文观测设备提供了科学指导（这符合天文联合基金的宗旨）。经过三年的探索研究，我们在以下几个方面取得了重要进展：a. 对于M87喷流的内部亮结HST-1，我们提出了一个沙漏模型：一系列快速的辐射分量依次穿越了沙漏状鞘层，历经绝热压缩、膨胀过程，产生了多峰光变现象。模型还给出了可验证预言。在缺失沙漏状鞘层的情况下，该模型也可以解释外部亮结的稳定辐射，这样我们就能以一种自然、统一的方式认识M87喷流上、下游的辐射本质。由EVN联测（包含中国科学院天文台系统所属有关射电望远镜在内）数据推得的结论对模型构建起到了重要作用；b. 对于3C 273喷流的亮结，我们提出了一个不对称的同步辐射模型：归因于激波压缩效应，从激波注入到上、下游辐射带的粒子谱是不对称的。该模型不仅解释了3C 273喷流中亮结的能谱分布（从射电到X射线），还给出了M87喷流中外部亮结的辐射解释——模型很自然地把这两类喷流从辐射机制角度统一起来了；c. 我们将不对称同步辐射模型成功地应用到一些典型活动星系核喷流中（例如3C 120喷流），这说明该模型有潜力统一解释喷流从射电到X射线的辐射；d. 我们在喷流视超光速运动方面提出了一个普遍公式，先前的公式作为该公式的一个特例。项目参与者在喷流射电偏振、核位移等方面做了一些工作；e. 伴随着项目进行，我们开设了《现代天文学》全校性选修课（负责人在非天文高校任教），并积极开展了天文科普方面的教学研究。重要的是，学生们通过该课程参与了研讨，这不仅宣传了本项目的成果，也为中国天文事业的发展积蓄了点滴力量。