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2013-7-19

伽玛暴与活动星系核的联系

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 4:57 pm

在黑洞喷流方面让伽玛暴与活动星系核扯上关系的Nemmen et al. (2012)这篇论文最近貌似很热门,在组会上频频被人提到,好几位同学还希望能以此为灵感,继续寻找伽玛暴和其他天体之间的内在联系,于是就此提上两句。

其实就伽玛暴和活动星系核的中心能源结构来看,二者还真有不小的相似性,都是黑洞、吸积盘加准直喷流的组合,只是尺度问题。但它们一个是瞬变的爆发源,另一个活动时间要持久得多。所以一般在恒星级尺度上,活动星系核的类比物并非伽玛暴,而是微类星体这种X射线双星。

在中心能源中,人们了解得最少的恐怕就是喷流物理了。这样的结构是如何从恒星级延展到特大质量黑洞级的?之前人们已经发现,有迹象表明,活动星系核与微类星体的喷流行为很类似。这次这篇论文的核心思想就是找到了伽玛暴和活动星系核的喷流粒子动能与伽玛射线光度之间存在一个正相关的统一关系,其中伽玛暴位于高端,活动星系核位于低端,从而为不同尺度喷流的物理联系提供了线索。

文中涉及了由106个蝎虎BL天体以及128个平谱射电星系组成的耀变体(也就是喷流指向地球的活动星系核)样本,还有由49个长暴和5个短暴组成的伽玛暴样本,都是从过往的文献中选择而出的。耀变体的各向同性光度是根据费米卫星大面积望远镜的能谱观测求算而出的,而伽玛暴各向同性光度是根据瞬时辐射期间各向同性能量与持续时间经红移修正求得的(因此样本对伽玛暴的要求是红移已知),测量卫星较为杂乱,从康普顿伽玛射线天文台的BATSE到现今的雨燕和费米卫星皆有。

喷流功率的求算略为棘手。活动星系核的喷流功率是根据现有的射电延展辐射和动能之间的经验关系求出的,而伽玛暴则先是通过射电或X射线余辉观测求出标准余辉模型下的抛射物动能,然后再利用与喷流张角相关的集束因子修正得出功率。这样看来,相关伽玛暴余辉中必须要表现出喷流拐折的迹象,所以也大大限制了样本涉及的爆发数量。

单纯比较各向同性光度与喷流功率的话,可以看出其实伽玛暴与活动星系核还是存在各自的正相关关系的,相关性都比较强,且两个关系彼此差异较大:

伽玛暴(右上)与活动星系核(左下)各向同性光度与喷流功率之间的关系。(图片来源:Nemmen et al. 2012)

因此文中又用喷流集束因子将各向同性光度修正为喷流的光度。伽玛暴的喷流张角进而是集束因子可以通过余辉中的喷流拐折点来判断,活动星系核的张角就只能通过不大于洛伦兹因子的倒数这一条来估计了。由于有洛伦兹因子测量的耀变体数量不多,只有41个样本满足要求,因此并不是所有的样本都可以用于寻找统一关系。值得一提的是,无论是伽玛暴还是活动星系核,各向同性光度与喷流集束张角之间都存在大致的反相关关系。

将修正后的喷流光度与功率的数据描绘成图,这两类天体之间的统一关系立即浮出水面,大致可以表达为

图片来源:Nemmen et al. (2012)

这样看来,产生相对论性喷流的黑洞无论质量和体积如何,其喷流携带的能量与辐射掉的能量比例似乎是一致的,换句话说,相对论性喷流的背后似乎存在相同的物理机制,而与黑洞尺度、活跃时标或吸积率无关。由此,活动星系核与微类星体之间的关联大可被拓展到伽玛暴这种瞬变现象上去。

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