两类BL Lac天体和FSRQs之间的关系*

徐云冰， 易庭丰

(云南师范大学 物理与电子信息学院,云南 昆明 650092)

1 引 言

Blazar天体是最活跃的活动星系核之一，包括BL Lac天体和FSRQs两类，对其特性已有大量研究报道[1-5].BL Lac天体和FSRQs的主要区别是BL Lac天体没有或只有弱的发射线，而FSRQs具有强的发射线[6].根据辐射峰值频率的不同，BL Lac天体又分为高能峰BL Lac天体(HBLs)和低能峰BL Lac天体(LBLs)[7].Blazar天体各子类HBLs、LBLs和FSRQs之间的关系是活动星系核的基本问题之一[8].研究Blazar天体各子类之间的关系能够促进对Blazar天体本质的理解.

人们对HBLs、LBLs和FSRQs之间的关系进行了广泛的研究，并取得了一些有意义的成果.Sambruna等人发现HBLs和FSRQs在宽波段双色图αxox-αro图中占据不同的区域，LBLs位于HBLs和FSRQs之间，起着桥梁的作用[9].Fossati等人和Ghisellini等人分别发现不同的Blazar天体之间遵循从FSRQs到LBLs再到HBLs的谱序列，它们的热光度依次减小，而且，它们的同步辐射和逆康普顿散射产生的γ射线的峰值频率向高频移动，不同的Blazar天体子类之间存在一个统一的图景[10-11].Böttcher等人通过研究热光度和吸积率证实了Blazar天体的谱序列[12].谢光中等对双色图的研究结果支持了Blazar天体的谱序列和统一图景[13].毛李胜等发现HBLs与LBLs和FSRQs有很大不同，LBLs与FSRQs没有显著不同[14].李怀珍等人发现HBLs、LBLs和FSRQs具有不同的谱性质，LBLs是HBLs和FSRQs的中间态[15].Ghiselline等人根据费米样本发现BL Lac和FSRQs在αγ-Lγ中明显分开，而且Blazar天体遵循了Blazar天体的谱序列[16].Foschini等人对15个伽马射线噪的AGNs(其中包括13个Blazar天体)的X射线与光学、紫外波段同时观测时发现这些源都遵循典型的Blazar谱序列[17].但是，Padovani等人基于Deep X-ray Radio Blazar Survey和All-Sky Survey-Green Bank Survey两个巡天样本得到的结果不支持Fossati等人提出的谱序列[18].Giommi等人研究Sedentary Survey的样本发现该样本也不支持有Blazar天体的谱序列[19].

本文收集了109个Blazar天体(HBLs 51个，LBLs 40个，FSRQs 18个)[20-22]的相关观测数据，利用恒星弥散速度法[23]和短时标光变法[24]计算了所收集数据样本的黑洞质量，分别统计了该样本的黑洞质量、热光度、吸积率和红移四个物理参数，并讨论了吸积率与热光度、黑洞质量与热光度之间的关系.

2 数据处理方法

2.1 恒星弥散速度法

中心黑洞质量和恒星弥散速度之间的经验公式为[23]：

2.2 短时标光变法

短时标光变法计算黑洞质量的公式为[19]：

2.3 爱丁顿吸积率

根据吸积盘模型[25]，爱丁顿比等于热光度与爱丁顿光度之比:

3 统计分析

3.1 黑洞质量分布

图1 黑洞质量分布 图2 热光度分布

从图1可知：HBLs、LBLs和FSRQs的黑洞质量分布范围很接近，但是LBLs的分布范围较大.它们的平均值分别为8.34、8.38和8.46，FSRQs的黑洞质量较大，LBLs的黑洞质量次之，HBLs的黑洞质量最小；其峰值从HBLs到FSRQs逐渐往右移动，但现象并不明显，可能暗示了黑洞质量不是导致HBLs、LBLs和FSRQs性质不同的主要原因，这与其他人的研究结果一致[26-27].

3.2 热光度分布

热光度是理解blazar内禀属性的重要参数.从图2可知：HBLs、LBLs和FSRQs的热光度分布有差异，它们的平均值分别为44.03、45.58和47.71，FSRQs的热光度最大，LBLs的热光度次之，HBLs的热光度最小；其峰值从HBLs到FSRQs逐渐往右移动，LBLs的热光度介于HBLs和FSRQs之间，并且LBLs的热光度与HBLs和FSRQs的热光度都有交叉，表明LBLs可能是从FSRQs到HBLs的中间态.

3.3 爱丁顿吸积率分布

图3 爱丁顿吸积率分布 图4 红移分布

吸积率是最能够说明演化的参数[28].从图3可知：HBLs、LBLs和FSRQs的爱丁顿吸积率分布范围差异较大，它们的爱丁顿吸积率平均值分别为0.007、0.104和0.699，FSRQs的爱丁顿吸积率平均值最大，HBLs的爱丁顿吸积率最小，LBLs的爱丁顿吸积率介于两者之间；其峰值从HBLs到FSRQs逐渐往右移动，LBLs的吸积率介于HBLs和FSRQs之间，并且LBLs的吸积率与HBLs和FSRQs的吸积率都有交叉，进一步表明LBLs可能是从FSRQs到HBLs的中间态.

3.4 红移分布

从图4可知：HBLs、LBLs和FSRQs的红移分布也有不同，它们的平均值分别为0.23、0.37和1.07，HBLs的红移最小，FSRQs的红移，LBLs的红移介于HBLs和FSRQs之间；其峰值从HBLs到FSRQs逐渐往右移动，表明FSRQs处于演化的早期阶段，HBLs处于晚期阶段，LBLs是FSRQs和HBLs的过渡阶段.

3.5 吸积率和热光度的关系

图5 爱丁顿吸积率和热光度 图6 黑洞质量和热光度

从图5可知：HBLs、LBLs和FSRsQ的吸积率和热光度是不同的，FSRQs具有较高的吸积率和热光度，HBLs的吸积率和热光度最小，LBLs的吸积率和热光度介于两者之间.FSRQs和LBLs的吸积率与热光度之间都具有强相关性，相关系数分别为0.89和0.74，HBLs的吸积率和热光度之间没有相关性.HBLs、LBLs和FSRQs的吸积率与热光度的线性回归分析结果见表1.结果表明：FSRQs出现于演化的较早阶段，活动较为激烈，在它们的中心区域有浓密的气体和尘埃，从而产生发射线，并具有较大的吸积率和热光度，随着气体和尘埃的逐渐耗尽，吸积率和热光度逐渐减小，发射线亦逐渐变弱甚至消失，FSRQs演化为HBLs.

表1 线性回归分析结果

注：A和B分别是回归方程Y=A+BX的截距和斜率，r是相关系数，P是置信度水平，SD是回归方程的标准偏差，N是样品个数.

3.6 黑洞质量和热光度的关系

从图6可知：FSRQs占据了高光度区，HBLs占据了低光度区，LBLs占据FSRQs和HBLs之间的区域；FSRQs的黑洞质量分布范围是107.7～109.3M⊙,LBLs的黑洞质量分布范围是107.1～109.8M⊙,LBLs的黑洞质量范围是107.4～109.3M⊙.HBLs、LBLs和FSRQs的黑洞质量和热光度之间都没有相关性，表明热光度的观测值必须进行多普勒效应修正.BL Lac天体主要通过中心超大质量黑洞经由Blandford-Znajek机制汲取转动能而提供能量，而FSRQs主要通过中心黑洞的吸积提供能量，随着FSRQs周围的气体和尘埃的逐步耗尽，吸积率减小，天体很可能从开始以吸积供能为主的黑洞转变为后来以BZ机制汲取能量为主的Kerr黑洞[29].

4 讨论和结论

HBLs、LBLs和FSRQs的黑洞质量、热光度、吸积率和红移的分布都表明LBLs是blazar天体从FSRQs到HBLs的中间态；Blazar天体三个子类的黑洞质量分布差别不大，黑洞质量可能不是造成从FSRQs经LBLs演化到HBLs的主要因素；吸积率和热光度之间的关系表明吸积率在演化过程中起着主要作用；黑洞质量和热光度之间弥散很大，黑洞质量不是演化的主要原因，热光度需要进行多普勒矫正.

Georganopoulos等人认为LBLs和HBLs之间的差别是视角和内禀光度的选择效应造成[30].Sambruna等人发现，HBLs的峰值频率高于FSRQs，当然也高于作为桥梁的LBLs，均匀和非均匀的喷流模型不能解释这种能谱分布的差异，blazar能谱分布形状的观测结果不能只从视角这个单一因素出发来解释[9].因此，对LBLs和HBLs之间差别的解释，除了考虑视角效应外，另一个重要的因素应该是多普勒因子.由于LBLs是介于FSRQs和HBLs的中间态，所以轻子模型的结果是否也预示着是活动星系核黑洞周围的物质结构和强度的不同造成了不同的表现形式，而不是简单地认为是喷流的夹角造成了不同的分类[31].

外部辐射场的辐射是决定blazar天体HBLs、LBLs和FSRQs处于不同类型的根本因素，HBLs具有最弱外部辐射场(没有或有弱发射线)和最低内禀光度，在SSC和EC模型中，冷却过程较长，粒子具有足够高的能量通过同步辐射产生软X射线波段的辐射并通过康普顿过程产生TeV能区的高能γ辐射，其康普顿过程贡献较小；LBLs的内禀光度比HBLs大，外辐射场决定了冷却过程，较强的冷却过程决定了同步辐射和逆康普顿辐射成分的峰值位于较低能段，分别位于光学和GeVγ射线波段，康普顿过程贡献较大；FSRQs代表最高光度的一类blazar天体，外部辐射场的贡献最大，在这类天体中SSC的贡献几乎可以忽略，最主要的辐射是γ射线辐射.

综上所述，得到如下结果：(1)Blazar天体三个子类之间存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列；(2)影响blazar天体三个子类之间演化序列的主要因素是爱丁顿吸积率而不是黑洞质量；(3)blazar天体三个子类的热光度需要进行多普勒效应改正，FSRQs和BL Lac天体汲取能量的方式不同.

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