耀变体的宽波段谱指数分布及其分类作用

耀变体(Blazar)的光谱能量分布(Spectral Energy Distribution,SED)中显示有两个明显的峰,其中低能峰为同步辐射峰。耀变体同步辐射峰的峰值功率与峰值频率存在反相关关系,因此与光谱能量分布峰值有关的多波段复合光谱指数构建的谱指数平面可以作为耀变体的两个亚类(平谱射电类星体(Flat Spectrum Radio Quasar,FSRQ)和蝎虎座BL型天体(BL Lac))的分类器。通过斯特拉斯堡天文台的数据库为费米4期目录(4FGL-DR3)中的耀变体进行了多波段数据的交叉匹配,得到多波段数据样本。在此基础上发现,耀变体的8个宽波段谱指数(α_(rw1),α_(rw2),α_(rw3),αro,αrγ,α_(w1w2),α_(w1w3)和α_(w3x))分布具有双峰结构,且明显区分耀变体的两个亚类。通过机器学习中的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型,进一步分析了谱指数平面对耀变体亚类的分类作用,发现大部分谱指数平面分类的准确率在80%以上。

RGD及NLSY1伽马波段的流量分布及RMS-Flux关系研究

研究了Fermi-LAT第4期目录中的射电星系(Radio galaxy,RDG)以及窄线型赛弗特星系1(Narrow-line Seyfert 1,NLSY1)的γ射线流量分布特征及均方根-流量(RMS-Flux)的线性关系。基于这两类活动星系核的γ射线流量数据处理,用高斯函数和对数正态函数对其流量分布进行了拟合。通过K-S检验(Kolmogorov-Smirnov test)、S-W检验(Shapiro-Wilk test)及约化卡方(Reduced χ^(2))发现,射电星系及窄线型赛弗特星系1的分布都更加符合对数正态分布而非高斯分布,这表明其光变可能具有非线性和乘法性质。此外,还分别对这两类源的两种不同分组的均方根-流量关系进行了线性拟合,发现了均方根-流量有极强的线性相关性且斜率都为正。

耀变体中红外日内光变特征研究

光变是耀变体(Blazars)最基本的观测特征之一,其日内光变(Intra-Day Variability,IDV)的产生仍然是一个存在争议的问题。将4LAC-DR2目录与第5期Roma-BZCAT目录相结合,利用ALLWISE项目的数据研究了不同类别耀变体的中红外日内光变的特征。结果显示:(1)低峰频耀变体(Low Synchrotron Peaked Blazars,LSPs)的日内光变相比于中峰频耀变体(Intermediate Synchrotron Peaked Blazars,ISPs)和高峰频耀变体(High Synchrotron Peaked Blazars,HSPs)展现出更大的光变幅度;(2)平谱射电类星体(Flat Spectrum Radio Quasars,FSRQ)的日内光变相比蝎虎座BL型星体(BL Lacertae objects,BL Lacs)也展现出更大的光变幅度,而且两者的颜色变化都有变亮变蓝的趋势;(3)与非费米(Fermi)探测到的耀变体相比,费米卫星探测到的耀变体的日内光变展现出更小的光变幅度。基于上述结果研究认为,观测到的耀变体中红外波段辐射可能来自于~10-4 pc的空间尺度范围,其日内光变的产生可能与喷流内部的物理过程有关,日内光变的光变幅度可能与光谱能量分布(Spectral Energy Distribution,SED)的同步峰存在紧密联系。

利用TESS探测耀变体PKS 0422+004的天量级准周期振荡

凌日系外行星巡天卫星(Transiting Exoplanet Survey Satellite,TESS)观测到的耀变体PKS 0422+004(α=042446.8421990080,δ=+003606.329375028)的光学波段光变曲线在第32扇区存在约7.4天的准周期振荡(Quasiperiodic Oscillation,QPO)。使用LSP(Lomb-Scargle Periodogram)方法寻找显著性周期,并用加权小波Z变换(Weight Wavelet Z-transform,WWZ)方法进行时频域分析进一步验证。最后,基于施瓦西黑洞(a=0)和极端克尔黑洞(a=0.9982)两种模型,估算了这个耀变体中心黑洞的质量。以7.4天为主周期,得到黑洞质量分别为1.11×10^(9)M_(⊙)(施瓦西黑洞)和7.07×10^(9)M_(⊙)(极端克尔黑洞)。

利用密立根油滴实验仪测定空气粘滞系数

以传统落球法测量液体粘滞系数为背景,结合密立根油滴实验,将空气中的油滴模拟成液体中运动的小球,如此即可将落球法测量液体粘滞系数的思想应用到测量空气粘滞系数中.借助CCD成像系统捕捉油滴状态并使用智能手机记录其运动过程.并利用tracker软件对相关物理量进行采集,最终通过计算得出空气粘滞系数.

耀变体PKS 1424-41的多波段光变特性研究

光变是耀变体(Blazar)的重要观测特征。为了研究耀变体的多波段光变特征,收集了Fermi(LAT),中小型口径研究望远镜系统(Small and Moderate Aperture Research Telescope System,SMARTS),SWIFT(XRT)和亚毫米波阵列(Submillimeter Array,SMA)发布的PKS 1424-41在γ波段(0.1~100 GeV)、光学R波段、近红外K波段、X波段和射电波段的流量或星等值。用离散相关函数(Discrete Correlation Function,DCF)对各个波段光变曲线间进行相关性分析,结果表明,γ波段、X波段、光学R波段、近红外K波段和射电波段彼此间存在强相关性,各波段之间存在时间延迟。该结果支持同步辐射模型。利用LSP(Lomb-Scargle Periodogram)方法分析了PKS 1424-41的γ波段在一个爆发时间段(MJD 56100-56500)的光变曲线准周期振荡(Quasi-Periodic Oscillations,QPO),发现它在这个时间段具有~75天和~50天两个准周期振荡,比值为3∶2。喷流自身的螺旋结构及在其中运动的高能等离子体团块的辐射,可能是这类月量级准周期振荡的起源。

TeV耀变体在光学和γ射线波段的相关性研究

多波段相关性分析对研究耀变体(Blazar)的物理模型和辐射机制具有重要意义。为了研究TeV耀变体的物理模型,依据4FGL-DR3目录中78个TeV耀变体的对应体的名称及坐标,对他们的γ射线波段数据和光学波段数据进行了搜索和整理,发现同时具有光学波段和γ射线波段数据的TeV耀变体共56个。利用离散相关函数计算每个耀变体光学和γ射线的相关性,计算结果显示,有20个源表现出弱的γ射线-光学相关性,有30个源表现出强的γ射线-光学相关性,有6个源没有表现出相关性。在表现出强相关性的源中,光学波段和γ射线波段间还表现出不同程度的时间延迟。这些结果支持了TeV耀变体高能光子主要来自轻子模型的同步自康普顿辐射。但是同时还发现不管是光学波段还是γ射线波段,均存在一些“孤峰”,这些“孤峰”可能暗示了低能光子的来源不是唯一的。

类星体CGRaBSJ0132+4325的射电周期研究

基于欧文斯谷射电天文台(Owens Valley Radio Observatory,OVRO)40 m望远镜近12年的观测数据,从中收集了类星体J0132+4325在15 GHz射电波段的光变曲线数据,利用LSP和加权小波Z变换方法分析其光变准周期.结果发现,类星体CGRaBS J0132+4325存在一个约851±80天的准周期振荡.基于红噪声蒙特卡洛模拟来估算其准周期信号的置信水平,得到其置信度超过3σ(99.7%).

一种摩擦力可视化的演示实验装置——以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”为例

物理是一门实验科学,实验教学是物理教学的重要组成部分,信息技术与实验的融合可以极大地提升教学效果。以自制力传感器和手机软件Phyphox之间的“蓝牙通讯”为背景,结合实验通过Phyphox同步绘制出F-t图像,探究影响滑动摩擦力大小的因素。

弗兰克-赫兹实验中电流变化的研究

弗兰克-赫兹实验对于学生学习和理解量子现象有重要作用,通过理论推导和实验,研究电子在F-H管中的运动情况;分析减速电压、加速电压对电流强度的影响;第一栅极电压对电子能量的影响,通过实验研究栅极电压、时间步距对电流强度的作用情况。结果显示减速电压、栅极电压和时间步距对电子的振荡有影响;第一栅极电压也会使电流产生周期性变化。针对实验现象,提出一些可能的解释,这对物理实验教学有一定启发。

利用最小光变时标与中心黑洞质量估算耀变体的多普勒因子

耀变体的高光度和快速光变表明相对论聚束效应在其辐射中起着重要作用,因此聚束效应所对应的多普勒因子是认识耀变体基本性质的重要参量。多普勒因子与喷流的洛仑兹因子及视角两个量有关,但是这两个量都难以观测。现给出一种新经验公式,通过最小光变时标与中心黑洞质量估算了一个耀变体样本的多普勒因子。

类星体PKS1510-089的X波段光变周期特性研究

我们从Sw ift卫星上得到了2005年2月到2008年5月X波段的观测数据,通过对这些数据进行剔除粗差的处理,得到了PKS 1510-089的光变曲线。用Jurkevich方法计算分析PKS 1510-089 X波段的光变周期特性,结果表明其光变周期约为1.84±0.10年。针对这样的光变周期,我们用薄吸积盘理论进行了讨论,并估算了PKS 1510-089的黑洞质量。

Fermi耀变体红移和gamma射线谱指数特性研究

收集了368个具有gamma射线数据的高置信度Fermi耀变体(157个FSRQs和211个BL Lac天体),讨论了该样本的红移和gamma射线谱指数的分布特性,结果表明:HBLs的红移和gamma射线谱指数较小,FSRQs的红移和gamma射线谱指数较大,LBLs的红移和gamma射线谱指数都介于两者之间,它们之间可能存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列,HBLs与FSRQs有明显的不同,LBLs与FSRQs却很相似.

两类BL Lac天体和FSRQs之间的关系

收集了109个blazar天体(HBLs 51个,LBLs 40个,FSRQs 18个)的相关观测数据,对该样本的黑洞质量、吸积率、热光度和红移的分布规律进行了统计分析,讨论了吸积率与热光度、黑洞质量与热光度之间的关系,结果发现:(1)存在一个从FSRQs经LBLs到HBLs的演化序列;(2)爱丁顿吸积率是影响blazar天体三个子类之间演化序列的主要因素;(3)blazar天体三个子类的热光度需要进行多普勒效应改正.

两类Seyfert星系的黑洞质量与吸积率

收集了89个Seyfert星系样本,利用反响映射法和恒星弥散速度法计算了Seyfert星系的黑洞质量,分别研究了Seyfert 1和Seyfert 2星系的黑洞质量与吸积率、热光度和红移之间的相关性,结果发现Seyfert 1星系的黑洞质量与吸积率、热光度和红移之间具有强相关性,Seyfert 2星系的黑洞质量与吸积率之间具有弱的负相关性,与热光度和红移之间具有弱相关性.两类Seyfert星系的区别除了源于吸积盘倾角不同外,还可能与星系的环境、演化和星系核的活动有关.

AO 0235+164的光学光变周期研究

收集了AO 0235+16光学R波段30多年的观测数据,利用小波分析法研究了其光变周期性,发现光变曲线中存在8.54a、6.29a、2.58a、1.91a和1.24a的周期,同时讨论了其周期的可能机制.

费米耀变体峰值参量、康普顿主导、谱指数之间相关性的研究

使用一个具有(准)同时性宽带能谱数据的Fermi耀变体样本,对其进行同步和逆康普顿峰峰值参量、康普顿主导以及高能谱指数等参量之间的相关性分析,以获得耀变体整体和子类相关性之间差异的来源、耀变体喷流中粒子冷却的主导机制和电子能谱形状等方面的解释。分析结果表明,耀变体的整体相关性至少有部分来自平谱射电类星体和蝎虎天体由于物理性质不同而在参数平面上具有不同分布区域这一特性贡献,因此针对两个子类的相关性分析是必需的。蝎虎天体为快冷却机制,谱指数图的结果支持对数抛物线形状的电子能谱。

耀变体CGRaBS J0929+5013和J2146-1525光变相关性及准周期分析

利用LSP(Lomb-Scargle Periodogram)方法和加权小波Z变换(Weight Wavelet Z-transform,WWZ)方法分析了耀变体CGRaBS J0929+5013和J2146-1525在15 GHz射电和伽马波段约12年的观测数据。分析结果表明,耀变体CGRaBS J0929+5013和J2146-1525在射电波段可能存在准周期振荡信号,它们的准周期分别为1435天(3.93年)和1321天(3.62年),且置信度均>3σ(99.7%),而在伽马波段的光变周期性较弱。基于超大质量双黑洞系统中的螺旋喷流模型估算了耀变体CGRaBS J0929+5013和J2146-1525的主黑洞质量M分别为4.3×109M⊙和2.7×109M⊙。为了探讨射电和伽马波段的光变起源,用离散相关函数分别计算了耀变体CGRaBS J0929+5013和J2146-1525射电与伽马波段之间的相关性,发现它们之间没有明显的相关性,表明它们的辐射可能来自不同的区域。

平谱射电类星体B30307+380的15GHz射电光变分析

欧文斯谷射电天文台(Owens Valley Radio Observatory,OVRO)的长时间监测数据显示,平谱射电类星体B30307+380的15 GHz射电光变曲线中表现出多个爆发过程.基于双指数函数拟合12个爆发过程,得到了每个爆发过程的光变幅度和上升、下降时标,进而估算了亮温度Tb和光变多普勒因子δV.多普勒因子范围为(9.12±0.58)^(35.38±3.34),平均值δV为18.65±7.11(sd).这个结果表明,此源的射电辐射存在明显的聚束效应,支持主流的相对论性喷流模型.利用Lomb-Scargle周期图方法和加权小波分析方法,探讨了B30307+380是否存在周期性光变,发现存在一个较高置信度(>99%)的约244天的周期,并简要讨论了周期存在的可能原因.

耀变体在射电波段的偏振研究

利用UMRAO数据库22个耀变体源的偏振数据,根据Lazarian&Pogosyan理论模型分析研究了耀变体射电波段的偏振随波长的变化,得出不同类的耀变体偏振随波长变化的原因。结果表明,与Lazarian&Pogosyan理论模型吻合较好。由此得出如下结论:(1)反常去偏振耀变体源中反常法拉第旋光起主导作用,反常去偏振相对较少;(2)热辐射与同步辐射混合作用,高频波段的偏振度小于低频波段的偏振度(反常去偏振);(3)当被观测波段波长小于吸积盘热辐射对应的维恩波长时,高频波段的偏振度大于低频波段的偏振度(常规去偏振)。