OJ287天體的射電結構研究

李振旭，吳忠祖

(貴州大學 物理學院，貴州 貴陽 550025)

耀變體(Blazars)屬于特殊的活動星系核(Active Galactic Nuclei,AGNs),其具有一些特殊的性質，包括高而極度變化的光度、高偏振以及射電成分的超光速運動，等等。耀變體包括蝎虎天體(BL Lac objects,BLs)和平譜射電類星體(Flat Spectrum Radio Quasars,FSRQs)。一般來講，蝎虎天體含有弱發射線，或者沒有發射線。OJ287是一個典型的BL Lac型天體，其首次在射電觀測[1]和光學波段[2]中被發現。OJ287是一個高度變化的射電源，其紅移z=0.306[3-4]。相關研究[5]表明：在大約一年的不規則時間間隔內該源的射電光變曲線由耀發主導,并且由一個更長的非周期性的時間尺度所調控。通過對OJ287天體的射電—光學耀發事件的分析，可以展現該天體的相關活動。USHER[5]比較了從1966到1978年的耀發事件，認為大多數的光學耀發和射電耀發是同步的。VALTAOJA等[6]研究了孤立的耀發事件，發現光學變化比射電變化要早幾個月。從VLBI偏振數據(5 GHz)中，首次探測到VLBI成分的超光速運動，這些超光速成分的方位角在-80°到-120°之間，其中的一個超光速成分沿著方位角為-116°的方向移動[7]。對于方位角的變化，ABRAHAM認為是由螺旋式的進動噴流所導致的[8]。

TATEYAMA等[9]發現測地VLBI圖中的6個成分的自行大約為0.5 mas/a。OJ287是一個很值得研究的BL Lac型天體，由于在光學波段一系列的耀發而被識別，這些耀發發生的周期為11.6年[10]。在pc[7]和kpc[11]尺度上，都發現OJ287天體含有復雜結構的單側噴流。從射電和光學能量來看，OJ287是最亮的且極度變化的BL Lac型天體之一。該天體也是最受廣泛觀測的河外天體之一，自1890年以來就得到了其光學R波段的數據。通過研究OJ287天體的射電波段的VLBA射電圖，表明了一個不穩定的pc尺度的噴流[12-14],該投射噴流的方位角變化大于100°[15]。在光學波段，OJ287展現了一個優越的偏振方位角，表明存在一個穩定的核心和一個混沌的噴流成分[16]。另外，γ射線和射電輻射之間的相關性研究表明，耀發的重大關聯性與固定的射電結的超光速成分的噴射有關，這些射電結在pc尺度噴流的范圍內，而且可以從VLBA圖中看出[13，15，17]。在2009年耀發期間，從寬波段的光譜能量分布(SED)中，可以推斷出一個耀發區域的相似位置[18]。

為了更好地理解OJ287天體的性質(包括該天體的亮溫度、射電結構、射電光變等)，我們搜索并下載了該天體的VLBA 2 cm觀測數據(1995—2018年)，并對這些數據進行了處理及擬合，從而研究OJ287天體的性質。

1 觀測數據和數據處理

我們搜索了BL Lac型天體OJ287的VLBA 2 cm巡天觀測數據，在表1中列出了每個數據的觀測時間、頻率、項目代碼。這些數據都是自校準過的，然后把這些數據分別逐個導入DIFMAP程序軟件進行成圖和分量處理、擬合。通過以上工作，得出OJ287天體的噴流結構及其性質，擬合結果在表2中給出，表中各列數據分別為：(1)觀測日期，(2)觀測頻率，(3)總流量，(4)模型成分離核心的距離，(5)模型成分的方位角，(6)模型成分角直徑的大小，(7)OJ287天體的射電亮溫度。其中模型成分的誤差由LOBANOV所給公式算出，具體公式詳見網址：http://www.radionet-eu.org/rnwiki/School Organ isation Pages?action=AttachFile&do=get&target=lobanov.pdf。

表1 觀測數據目錄Tab.1 Observation list

2 結果分析

2.1 噴流的結構及流量變化

圖1給出了OJ287天體在15 GHz的6個VLBA圖像。在這些圖中，我們可以看到這個天體具有典型的核噴流結構。在這6個VLBA圖像中，每個圖像的模型成分數量依次為3個，5個，5個，4個，4個和5個。由此可見，同樣是VLBA 2 cm波段觀測數據，其不同歷元的擬合成分數量也會有所不同。分析圖1可知，即便是在同一波段(15 GHz)，OJ287天體不同歷元的流量以及成分分布有所不同，但是可以明顯地看出該天體具有單側噴流且方向向右。

從表2可知OJ287天體的噴流方位角在-38°到-143°之間，噴流成分的方位角變化約為105°。OJ287天體在VLBA 2 cm波段的總流量隨時間的變化如圖2所示。由圖2可以看出，從1995年到2018年，OJ287天體的總流量變化非常大，總體呈遞增趨勢，2000年6月27日(2000.489)的總流量最低，為1.24 Jy；2017年3月12日(2017.195)的總流量最高，達到8.75 Jy；在近17年的時間里，其流量變化了7.51 Jy，平均流量變化量為0.45 Jy/a。由此可知該天體是一個高光度且光度變化非常大的源。

2.2 噴流的亮溫度

我們利用VLBA高分辨率圖像的模型擬合參數和式(1)[19]，可以得到所有歷元的射電亮溫度Tb(見表2)。在式(1)[19]中，Sv為成分流量密度，單位為Jy；ν為觀測頻率，單位為GHz；θd為成分的角直徑大小，單位為mas。

(1)

由表2可知亮溫度Tb大約在1011.8～1015.0K。

表2 VLBA 2 cm觀測數據的模型擬合參數Tab.2 Model parameters from VLBA 2cm data

續表

圖1 OJ287天體在15GHz的6個VLBA圖像Fig.1 6 VLBA images of object OJ287

圖2 OJ287天體在VLBA 2 cm波段的總流量隨時間的變化(1995—2018年)Fig.2 Total flux of object OJ287 versus time at VLBA 2 cm band

3 總結

根據我們的研究，可以得出以下結論：

(1)OJ287天體的射電噴流的模型成分的方位角在-38°到-143°，其方位角變化約為105°。

(2)OJ287天體的VLBA 2 cm波段的射電總流量在1995年到2018年之間變化非常大，總流量總體上是隨著時間的推移而增加的。2000年6月27日(2000.489)的總流量最低，為1.24 Jy；2017年3月12日(2017.195)的總流量最高，達到8.75 Jy；在近17年(2000—2017)的時間里，其流量變化了7.51 Jy，平均流量變化量為0.45 Jy/a。

(3)OJ287天體的射電亮溫度大約在1011.8～1015.0K。