蝎虎天体S5 0716+714的多波段光变

周 绒， 潘泽青， 李孝攀

(昭通学院 物理与电子信息工程学院， 云南 昭通 657000)

●物理学研究

蝎虎天体S5 0716+714的多波段光变

周 绒， 潘泽青， 李孝攀

(昭通学院 物理与电子信息工程学院， 云南 昭通 657000)

对Swift/UVOT望远镜的观测数据进行处理，得到了蝎虎天体S5 0716+714从2005年到2016年的光学B和V波段历史光变曲线，并计算了其色指数B-V.对该源的光变特性进行研究，结果表明：(1)S5 0716+714光变活动十分剧烈，V和B波段光变有强相关性；(2)S5 0716+714在中等时标上存在BWB(bluer-when-brighter)和RWB(redder-when-brighter)的颜色变化特性，在长时标范围上没有明显的颜色变化.

蝎虎天体； S5 0716+714； 光变； 色指数

耀变体(Blazar)是一类射电噪活动星系核，它在观测上表现出极端的物理性质，如：剧烈和迅速的光变，大且变化的偏振，视超光速运动和连续的非热辐射等.耀变体的辐射覆盖整个电磁波谱，并表现出剧烈的变化，其辐射主要来自于指向观测者方向的喷流，因此具有很强的相对论效应.耀变体有两个子类：蝎虎天体(BL Lac)和平谱射电类星体(FSRQ).耀变体的能谱分布(SED)呈现出双峰结构[1,2]，低能峰位于红外至X射线波段，高能峰在γ射线波段.由于其射电至光学波段的高偏振，一般认为低能辐射由相对论性喷流中的同步辐射产生，即低能辐射成分是同步加速辐射，但高能辐射的起源仍存在较大的争议。轻子模型认为高能辐射主要是由相对论电子和软光子的逆康普顿散射(IC)引起.根据种子光子的来源，又可分为同步自康普顿(SSC)模型和外部辐射康普顿(ERC)模型.强子模型则认为相对论质子在强磁场环境中被加速，质子与光子间的相互作用以及与质子间的相互作用是必须考虑的[3].

S5 0716+714是广受研究的蝎虎天体，长期以来备受人们关注.其红移z=0.31±0.08[4]，是一个著名的具有短时标光变的耀变体.在整个电磁波段，S5 0716+714均表现得十分活跃，天文学家多对它的光变有深入的研究.Fuhrmann等人[5]发现其流量变化在厘米到亚毫米波段具有很强的相关性，射电谱在86 GHz附近出现反转.Wagner等人[6]发现其流量存在1天至7天的准周期变化，并且观察到光学U，B，V，R和I各波段和射电波段光变曲线具有强相关性.Impey等[7]对S5 0716 +714的光学偏振资料进行分析研究后，发现它的偏振可能存在12.5、2.5和0.14天的快速光变周期.马力等人[8]对S5 0716+714从1994至2000年间的光学I波段的光变曲线进行周期分析发现其存在14天的光变周期.在对S5 0716+714能谱分布模型的研究中，Ghisellini等[9]指出非均匀模型在解释X射线波段流量的快速变化要优于均匀模型；Tagliaferri等[10]指出单一的SSC模型不能解释γ射线谱，可能需要考虑外部软光子的散射.

本文对Swift卫星的观测数据进行处理，得到了S5 0716+714光学B和V波段的观测数据，并进一步分析了该源的光变特性.

1 观测数据

Swift伽马暴快速反应探测卫星[11]除了具备观测X射线波段(15-150 keV 和0.2-10 keV)的能力，还能使用搭载的紫外光学望远镜UVOT (Ultraviolet Optical Telescope)在紫外/光学波段(170—650 nm)进行准同时观测.尽管UVOT的视场(17′× 17′)有限，但由于它在紫外波段具有较高的分辨本领，并能避免大气消光、衍射以及背景辐射等的影响，这使得它成为紫外/光学波段重要的观测设备.UVOT使用光子计数探测器，能够保留单个光子的位置和时间等信息，其操作方法相对于传统的光学望远镜而言，更类似于典型的X射线望远镜.UVOT使用滤波器转轮上安装的6色滤波片进行循环观测.其中，光学波段有U、V和B滤波片，紫外波段有UVW1、UVM2和UVW2滤波片.

在从Swift数据库获取S5 0716+714从2005年4月到2016年3月的观测数据后，我们使用高能天文软件包HEAsoft内的Swift/UVOT程序进行数据处理，具体步骤如下：(1) 合并待处理波段的所有曝光数据；(2) 使用uvotdetect子程序和最新的校准数据提取目标位置等信息；(3) 使用最新的光度校准数据和uvotsource子程序，获得目标的星等值；(4) 使用E(B-V)=0.0265[12]，星际消光法则[13]和各波段中心波长[14]处理星际消光.

2 光变特性

2.1 S50716+714的光变曲线

蝎虎天体S5 0716+714从2005年4月到2016年3月的光学V和B波段历史光变曲线如图1所示.图中，正方形表示V波段的光变，倒三角表示B波段的光变.天体最亮时，V波段星等值达11.66星等 (2015年1月25日)，B波段星等值达12.66星等 (2008年4月29日)；最暗时星等值分别为15.35星等 (2014年1月5日)和15.80星等 (2014年1月5日).由观测数据还可得V波段星等平均值为13.56星等，B波段星等平均值为13.98星等，两个波段光变曲线的标准偏差分别为0.68和0.72.

从光变曲线可以看出S5 0716+714活动十分剧烈，在V和B波段均发生亮度的快速变化.数据显示，在整个观测区间至少发生了5次大爆发.第一次发生在儒略日2 454 400附近，此次爆发持续了约10天左右；第二次爆发于2 455 180附近，持续时间约为35天；第三次爆发时间在2 455 550附近，持续时间约为50天；第四次、第五次爆发于2 456 010和2 457 040附近，但由于存在较大的观测空白，无法对持续时间进行估计。此外，从图1中还可看出两波段的亮度变化有相似的趋势.对V和B波段的亮度做线性回归分析，结果为：

(1)

Pearson相关系数为0.986.这说明两波段的光变具有很强的相关性，二者的辐射可能产生于同一辐射区域.

图1 S5 0716+714的光学V和B波段历史光变曲线

2.2 色指数变化曲线

为了研究S5 0716+714的颜色变化，我们对光变数据中的准同时数据进行了筛选，最终得到140组V和B波段的准同时性观测数，并计算了色指数B-V.色指数变化曲线如图2所示.图中，菱形代表色指数B-V，数值越小，星体的颜色越接近于蓝色，反之，星体的颜色越接近于红色.图2中，色指数最大值为0.43星等，最小值为-0.24星等，平均值为0.42星等，标准偏差为0.12.从图2中还可以看到S5 0716+714的色指数不断快速上升和下降，变化十分剧烈，但它与V和B波段的亮度变化之间的关系很难直接得出.此外，从图中还可以观察到色指数变化可能具有一定的周期性.

图2 S5 0716+714的色指数变化曲线

2.3 光变曲线和色指数的关系

图3 S5 0716+714的亮度变化和色指数变化 的线性回归分析(图中实线为回归线)

为了研究S5 0716+714的亮度变化和色指数变化之间的关系，我们使用线性回归方法进行分析.图3给出了在长时标范围上二者的关系，横轴为V和B波段准同时观测数据的平均亮度，纵轴为对应的色指数.线性回归的结果为：

(2)

Pearson相关系数r=0.13，概率P=0.14.由此可见，在长时标范围上，S5 0716+714的亮度变化和色指数变化并未表现出明显的相关性.即在长期观测上，尽管S5 0716+714的亮度变化剧烈，但是并未表现出明显的颜色变化趋势.

为了深入研究S5 0716+714的颜色变化，本文对爆发期内的情况进行了分析.在2011年7月的爆发上升期中，天体的V波段亮度从14.56星等上升到13.20星等，持续时间约为103天 (JD2455758-2455861).亮度和色指数变化在该区间的线性回归分析为：

(3)

Pearson相关系数r=-0.93，概率P=0.07.这说明，在该区间随着亮度的增加，色指数反而减小，天体的颜色变蓝.这种特性称为BWB(bluer-when-brighter)，即目标变亮，颜色变蓝.而在2015年1月的爆发下降期中，天体的V波段亮度从11.66星等下降到13.22星等，持续时间约为6天 (JD2457047-2457053).亮度和色指数变化在该区间的线性回归分析为：

(4)

Pearson相关系数r=-0.86，概率P=0.01.这说明，在该区间随着亮度的减小，色指数也减小，天体的颜色变蓝.这种特性称为RWB(redder-when-brighter)，即目标变亮，颜色变红.BWB和RWB的特性在耀变体中均被发现，并被广泛研究，喷流中的激波模型能对其进行合理解释.至于在长时标范围没有明显的颜色变化的情况，我们认为这是由于中等时标，特别是爆发期内表现出来的BWB和RWB特性共同作用造成的.

3 结论

光变是耀变体十分重要的观测特征，对其进行研究能够加深我们对其能源机制和外围环境的认识.S5 0716+714是活动剧烈的蝎虎天体，在整个电磁波段都有着良好的观测记录.我们从Swift数据库获取了UVOT望远镜的观测数据，使用HEAsoft软件包按标准处理过程进行数据处理，得到了S5 0716+714从2005年4月到2016年3月的光学V和B波段的历史光变曲线.

光变曲线显示S5 0716+714活动剧烈，V和B波段的光变具有强相关性，两个波段的辐射可能有共同的起源.利用准同时性观测数据计算了色指数B-V，并分析了不同时标下亮度变化与谱指数变化的关系.S5 0716+714在长时标范围表现为单色性，而在中等时标，特别是爆发期内，S5 0716+714表现出BWB和RWB的两种颜色特性.中等时标的两种特性共同作用导致了长时标没有明显的颜色变化，激波模型能对发现的颜色特性作出解释.

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Multi-waveband Variability of the BL Lac Object S5 0716+714

ZHOU Rong, PAN Ze-qing, LI Xiao-pan

(School of Physics and Electronic & Information Engineering, Zhaotong University, Zhaotong 657000, China)

We present the B-and V-band light curves and the corresponding color index B-V curve of BL Lac object S5 0716+714 in 2005—2016 by performing the original observation data taken from Swift/UVOT archive. S5 0716+714 shows strong optical variability with well-correlated light curve in the V and R bands. The correlation between flux variability and color index indicates that S5 0716+714 exhibits BWB(bluer-when-brighter) and RWB(redder-when-brighter) features during medium-term timescale, and a mildly chromatic behaviour during long-term timescale.

BL Lacs; S5 0716+714; variability; color index

2016-08-16

云南省应用基础研究计划(青年项目)(2013FD056)．

周绒(1994— )，女，云南昭通人，本科在读，主要从事物理学研究.

李孝攀(1986— )，男，云南昭通人，讲师，硕士，主要从事天体物理研究.

P157.6

A

2095-7408(2016)05-0030-05