耀变体多色测光及其高能辐射研究

Blazars exhibiting rapid and large amplitude variability at all wavelengths, in which a relativistic jet is aligned with the line of sight, are thus ideal for studying the physics of the astrophysical jet in active galactic nuclei (AGNs). Based on multi-color photometric monitoring of blazars, combining with analysis the observational data from mm and sub-mm to high energy GeV gamma ray bands, the simultaneous, multi-band data will be collected for specific blazars. This project will study the following issues: (1) the nature of the variability of blazars. In this field, we study the emission correlations between any two energy bands, essential origin of variability and difference of variability properties for various sources; (2) optical spectral property and its evolution. We study the correlation between brightness and color-index, as well as the spectrum evolution. We focus on the spectral properties on various variation modes (the source is in high or in low state, in rising or declining phase) and various time scales; (3) high energy emission of blazars. We study the physical process of the high-energy emission and geometry structure of external environment surrounding the jet. The location of high energy emission region, power of jet and composition of plasma in jet will be investigated. These works will further reveal the nature of blazars variability and physics of their relativistic jet.

耀变体所具有的全电磁波段大幅快速光变及其相对论性喷流等观测特征使其成为研究活动星系核喷流中潜在的物理机制最理想的对象。本项目以耀变体光学多色测光为基础，结合分析从毫米、亚毫米波到高能GeV观测数据，获取特定对象的同时性多波段数据，开展以下研究工作：（1）耀变体光变本质：研究多波段光变关联、光变的可能起源以及不同类型耀变体光变特性差异；（2）光学能谱特性及其演化：研究耀变体的能谱随亮度及随时间的演化趋势，详细讨论不同光变模式下（高态或低态，上升或下降）能谱特性的差异，研究不同光变时标情况下能谱变化特性；（3）耀变体高能辐射特性：研究耀变体喷流中高能物理过程和喷流外部环境结构，确定高能辐射区位置，喷流功率及喷流中等离子体的成份。本项目的研究将深入揭示耀变体光变特性的本质及相对论喷流的物理性质。

该项目对具有伽玛射线辐射的耀变体开展多色测光获取光学波段数据，并通过分析其他波段数据获取耀变体多波段准同时性观测数据。在此基础上开展耀变体光变本质、光学能谱特性及其演化以及耀变体高能辐射特性的研究。. 主要研究成果如下：. （1）利用光学望远镜对蝎虎状天体S5 0716+7141、OJ 287、Mrk 501和平谱射电类星体3C 273 进行了长期的光学多波段测光观测，并分析了同时期Fermi-LAT高能伽马射线数据。我们发现S5 0716+714在光学波段存在周期为10天的短周期光变。OJ 287主要的光变发生在2016年1月期间，与双黑洞模型预言的爆发时间吻合。Mrk 501更倾向于支持强子模型。其伽马射线光变曲线存在一个25天的短周期。.3C 273色指数与光变的相关性相对复杂。当流量低于F_v=30.201±0.026 mJy时，呈现变亮变蓝的趋势，反之呈现相反的趋势。S5 0716+714伽马射线波段的能谱在耀发时存在截断现象，截断能量范围在0.93GeV-6.90GeV之间。. （2）我们处理了50次由XMM-Newton观测的Mrk 421的X-ray数据，提取每次观测的光变曲线。我们发现其持续时间和峰值流量的统计分布都符合一个指数α_F=α_T≈1的幂律分布，符合自组织临界(SOC)模型的预言。这意味着Mrk 421的X射线耀发很可能是由磁重联过程驱动的。而相同的情况也出现在M87射电核区(CORE)以及其喷流节点（HST-1）。. （3）通过模拟27颗Fermi-LAT 探测到低同步峰频耀变体多波段能谱来研究耀变体的高能辐射特性。我们建立了一个能均分的单区同步自康普顿模型，包括同步自康普顿过程及外康普顿过程。我们结果表明辐射功率与电子或磁场的功率是相当的。平谱射电类星体喷流功率是由物质主导的，只有小部分能量转化为辐射能。.通过构建的轻子模型和能谱拟合方法，我们模拟了21颗Fermi-LAT观测到的亮伽玛射线源，研究了这些源能谱参数之间的相关性及其之间的联系以及对光谱演化的影响。结果表明：缓慢变化的磁场可能支持在耀变体的喷流中磁场放大。. 依托本项目，已完成相关学术论文9篇，其中已发表SCI学术论文5篇，ESCI学术论文1篇。通过该项目共培养硕士研究生8名、博士研究生2名。在读硕士6名、在读博士3名。