基于Fermi-LAT以及DAMPE的活动星系核伽玛射线探测研究

Jets in active galactic nuclei (AGNs) are among the most energetic phenomena in the universe and capable to generate significant γ-ray emissions. Their γ-ray emissions not only play an important role in understanding the physical processes in AGN jets, but also serve as a valid probe for evolution of the universe and hunting dark matter particles. This project is based on the γ-ray data observed by Fermi-LAT and DAMPE, including three parts. Firstly, investigations of fine structures in the AGN γ-ray spectra will be performed to constrain the location of γ-ray emission of flat spectrum radio quasars and the Axion-like particle models. Secondly, endeavors that include proposing a new hadronic radiation model together with searching further observational evidences for γ-ray emission of AGN radio lobe, are made to probe its radiation process and the impact on the origin of extragalactic γ-ray background. Finally, based on our first detection of the γ-ray radio intermediate quasar, this project is aiming to increase the number of such kind and hunt possible γ-ray emissions from the radio-quiet AGNs, shedding lights on the formation process of the AGN jets.

活动星系核的喷流是宇宙中最剧烈的现象之一，具有强的伽玛射线辐射能力。其伽玛射线辐射一方面对理解喷流的物理过程有着重要的意义，另一方面是探究宇宙演化及搜寻可能的暗物质粒子存在证据的有效探针。本项目旨在利用费米空间伽玛射线望远镜LAT探测器的数据和暗物质粒子探测卫星的数据开展以下三方面的研究。首先，本项目计划通过研究活动星系核的伽玛射线能谱中的精细结构来限制平谱射电类星体的伽玛射线辐射区域位置和类轴子模型。其次，本项目拟提出一个新的强子辐射模型来解释观测到的射电瓣伽玛射线辐射并进一步搜寻更多射电瓣伽玛射线辐射的观测证据，从而更好的理解河外伽玛射线背景的起源。最后，基于我们首例伽玛射线射电中间噪度类星体的探测，本项目计划进一步增加此类源的数目并搜寻可能的来自于射电宁静活动星系核的伽玛射线，进而深刻理解喷流的形成过程。

活动星系核的喷流是宇宙中最重要的粒子加速器之一，并且它们也构成了银河系外伽玛射线源的绝大部分。与此同时，活动星系核的喷流是少数能够直接探究超大质量黑洞周围复杂极端环境的探针之一。鉴于国内外伽玛射线天文的蓬勃发展，尤其是良好运行的Fermi-LAT和暗物质粒子探测卫星（DAMPE），在本项目的资助下，我们开展了一系列针对于活动星系核喷流的伽玛射线探测研究。由于强的多普勒集束效应，耀变体是明亮的宇宙灯塔。首先我们开展了关于高红移耀变体的伽玛射线探测研究。我们在耀变体B3 1428+422（红移为4.7）的方向上发现了一个软的伽玛射线瞬变源，使其成为目前最遥远的GeV伽玛射线辐射源的有力挑战者。结合Fermi-LAT和其他多波段时域巡天设备的观测数据，我们也对高红移耀变体的多波段光变行为进行了深入的研究。我们关于耀变体的研究还包括对典型耀变体的多波段光变研究和喷流物理性质的统计学研究。此外，我们还对偏轴喷流的临近射电星系（Circinus Galaxy）的伽玛射线性质进行了探究，尝试理解低功率喷流的物理特性。除了河外伽玛射线源，项目主持人还作为主要合作者参与了对银河系内伽玛射线源的研究。在本项目执行期间，项目主持人作为DAMPE合作组成员，参与了DAMPE对其探测到的活动星系核的伽玛射线耀发的报道。在本项目的资助下，项目主持人发表了四篇第一作者论文，包括Astrophysical Journal Letters论文三篇，此外，作为通讯作者发表了Astrophysical Journal论文四篇，以及作为主要合作者发表论文若干篇，上述论文目前ADS总引用约60次。