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2017-3-25

对无其他波段对应体的费米源进行后续射电观测

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 3:28 pm

根据费米伽玛射线空间望远镜升空头4年内的观测结果编纂而得的费米大面积望远镜(LAT)第三伽玛源表(3FGL)收录了3033个在100 MeV-300 GeV能段置信水平超过4σ的高能点源。这些源包括活动星系核(尤其是耀变体)、伽玛射线脉冲星等已知天体、少量因河内弥漫辐射模型不完善带来的人工缺陷,以及个别可能的展源。除此之外,还剩下了上千个不具备合理解释的不明源。

这些不明伽玛源的身份一直困扰着天体物理学家。它们的典型特征首先是不存在其他波段对应体,另外就是伽玛能段一般不存在强光变,令人难以摸到头绪。判断不明源身份的一种重要手段就是对其开展多波段联测,然后根据不同频段的辐射在方位和光变行为上的一致性来确定源的成协特征以及本质。

最近,来自美国国家射电天文台的Frank K. Schinzel等人就在这个思路的指导下,对身份不明的费米源展开了系统的射电波段的后续观测。考虑费米的可观测天区等同于全天,所以研究者启用了南北半球的两组射电干涉阵——位于美国新墨西哥州的甚大天线阵(VLA),以及位于澳大利亚新南威尔士州的澳大利亚望远镜致密阵(ATCA)来在5 - 9 GHz频段上扫描各个源对应的LAT误差框,然后再使用甚长基线干涉技术对框内的发现作进一步的观测。之所以选择这样的频率范围,是因为可能存在的喷流或射电瓣等成分会在更低频段上贡献大量辐射,让致密点源难以显身。

尝试观测所有这1000余个目标着实是一项大工程。自2012年起,Schinzel等人就在射电波段观测了费米第二伽玛源表(2FGL)中的五百多个无其他波段对应体目标,并判定其中的76个属于射电活动星系核,此外还存在上百个不具备射电辐射的源。在3FGL公布之后,他们又在2014年到2015年间组织了为时数百小时的几批观测,并将结果与一系列光学/红外/射电星表进行了集中比对,于这次集中发表,算是对先前工作的补充。

最终有2097个分布在LAT源3σ置信度定位框内的射电源得到了探测,数量差不多是费米源的两倍,这是因为LAT的定位水平只有角分级,在这样的范围内难免存在多个候选源。需要注意的是,3FGL中,各个源的位置以及定位的不确定性相较前两版星表有所变更,所以一些先前看上去与所有费米源完全无关的射电辐射体这次距离某些3FGL源足够近,从而也被记录在案。

在费米源定位误差框内存在多个射电候选源的示例,图中的蓝点表示费米源3FGL J0905.8-2127,蓝色椭圆表示费米LAT的定位范围,圈内共有6个点源,VLBA探测到了其中的两个。因为J0905-2131的置信度最高,所以被认为是与3FGL J0905.8-2127成协的。(图片来源:Schinzel et al. 2017

随后Schinzel的团队又对798个由VLA或ATCA探测到的射电源作了VLBI观测,以图将伽玛源同秒差距尺度上的致密源联系起来。为何要特别强调致密源?就个人理解,费米的3FGL星表记录下的就是伽玛射线点源,寻找同为点源的低频对应体顺理成章。何况具备射电辐射的高能点源无外乎活动星系核以及脉冲星,在此项研究所选的频段上又以前者为主,它们都不会表现为延展源。VLBI观测涵盖每个源周边1角分的天区,共发现了451个致密源——鉴于一个天体不同尺度的射电辐射峰在位置上不一定重合,这里需要较大的搜索范围。最终通过泊松统计判定,有286个致密源与VLA/ATCA源的成协事例成立,又有144个可以与3FGL星表的成员以足够高置信度对应起来,其中有142个源都属于活动星系核。但因为有3个费米源存在双重射疑似电对应体,这样的成协关系仅供参考。

要从多个成协候选体中挑选最可能的一个,还有一条重要的标准是寻找致密点源。比如3FGL J1323.2-3901的定位框内存在较明亮的J1323-3903与较暗弱的J1323-3859两个射电源,但只有后者存在致密辐射,所以中选。(图片来源:Schinzel et al. 2017

干涉阵的观测还找到了158个具有明显延展辐射的区域,它们要么呈壳层状,要么呈瓣状或喷流状,大致可以分为两类——带有延展辐射的点源,以及可以分辨出内部结构的延展源。前者分布范围集中于银盘区域,更像是超新星遗迹或电离氢区;后者更为均匀,也许可以归为射电星系。

费米源J1811.3-1927c的周边区域,这里存在一个年轻的壳层型超新星遗迹G11.2–0.3,据信可能是公元386年中国古籍记载的“客星”留下的痕迹。图中的红色十字表示费米源定位中心点所在。(图片来源:Schinzel et al. 2017

另有245个3FGL源所在位置并无可探测的射电辐射,它们的分布也是遍及全天。不过这里存在少数与脉冲星成协的事例,但脉冲星并不适宜在5 GHz以上的频段进行观测,所以被错过也是很有可能的。Schinzel与合作者还重新探讨了费米小组确认的一些成协关系,发现其中的5个源并不是像之前认为的那样与活动星系核成协,而是更可能与一些射电脉冲星相关。

由此,相当一部分原本无明确对应体的3FGL源在一定程度上得到了解释。那么其他源情况如何?会不会是辐射集中于较低频率的脉冲星?至少个人对借助费米源表发现新的脉冲星一事有所耳闻。同时,Schinzel的VLBI观测也在继续,新的成协活动星系核也有望陆续得到确认。但那些无论成协射电点源还是展源都不具备的伽玛射线天体又是什么?只能说高能天空充满了未知数,未来有待探讨的东西还有很多。

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