活动星系核的伽玛射线光度函数及其对河外伽玛射线背景的贡献

The origin of the extragalactic gamma-rays background (EGRB) is an important unresolved issue in the gamma-ray astronomy. Among various extragalactic sources, Active Galactic Nucleus (AGNs) including blazars, radio galaxy and so on, are one of the most important sources for EGRB. With the accumulation of data from the Fermi Gamma-Ray Space Telescope, one can construct the gamma-ray luminosity function (GLF) of AGNs and estimate the contributions to EGRB from AGNs. In this project, based on the latest and clean sample of Active Galactic Nucleus provided by the Fermi Large Area Telescope (LAT), we will firstly study AGN's gamma-ray luminosity functions and the contribution to EGRB form AGNs. Secondly, motivated by the characteristics of the GLFs of AGNs, we will study its evolution with redshift, blazar's sequence and some related astrophysics issues , which will be helpful to understand the Radio-Loud AGN's jet activity, black hole spin, major merger events and so on; Finally, we will study other sources of origin of EGRB, for example, the secondary radiation or dark matter annihilation process, and in combination with existing observations to constrain the intergalactic magnetic field, annihilation cross section of dark matter particles etc. This project will deepen our understanding of the nature of AGNs, and make new progress on the origin of EGRB.

河外伽玛射线背景（EGRB）的起源仍是伽玛射线天文中一个重要且未被解决的问题。在众多河外源中，活动星系核（AGNs）包括耀变体和射电星系等，是EGRB重要的贡献者之一。随着Fermi伽玛射线空间望远镜观测数据的不断积累，人们可以通过构造AGNs的伽玛射线光度函数估算AGNs对EGRB的贡献。本项目将首先基于Fermi伽玛射线望远镜给出最新的干净AGNs样本，开展AGNs的伽玛射线光度函数和AGNs对EGRB贡献的研究；然后以AGNs光度函数的特征为切入点，研究红移演化、耀变体序列等有关天体物理课题，这些研究将有利于理解射电噪AGNs的喷流活动、黑洞自转、黑洞合并等物理问题，最后，研究其它过程对EGRB的贡献，如次级辐射或暗物质湮灭过程，并结合已有的观测结果来限制星系际磁场、暗物质湮灭截面等物理量。该项目的执行将加深我们对AGNs的理解，预期会在EGRB起源方面取得新的进展。

河外伽马射线背景辐射一直是高能天体物理研究的热点问题，对于理解黑洞喷流的形成和宇宙学演化等物理过程至关重要，但其物理起源还尚不清楚且在学术界存在争议。我们以以光度函数的研究作为出发点，考虑多种河外伽马射线辐射源，提出河外伽马射线背景辐射的系统解释方案。基于Fermi第4期的数据，我们结合BL Lacs的空间分布和源的数目分布来构建光度函数，弥补其红移不完备性带来的误差，估算了其对EGRB的贡献。发现耀变体主导了整个EGRB，并且BL Lacs贡献了10GeV以上的所有EGB。我们还预测了TeV的EGB能谱，有待将来的探测设备来检验。结合Efron and Petrosian和Lynden-Bell的非参数方法被首次运用到耀变体的光度函数和宇宙学演化的研究中。基于Fermi和Gaia数据，使用一种新的方式以它们自身流量限制将样本分为两类子样本：光学选和伽马选样本。通过消除样本源的演化，我们获得其内禀光度，展示了光学光度与伽马光度之间的相关性，其强相关性暗示着它们有相同的起源，可能来自喷流。耀变体的伽马射线光度函数和河外伽马射线背景可以限制哈勃常数和宇宙中的质量密度，为研究宇宙学参数提供了一个新的窗口。此外，极大似然法和源数目分布的方法可以运用到研究长伽马暴的光度函数和形成率。