[论文解读] BL Lac Objects and Blazars: Past, Present, and Future

C. M. Urry|arXiv (Cornell University)|Dec 22, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 4

一句话总结

本文回顾了过去二十年间对BL Lac对象和耀变体理解的演变，确立了它们作为射电噪活动星系核（AGN）的分类，其相对论性喷流方向与我们的视线对齐。文章提出自相似双峰谱谱能分布（SED）作为统一模型，其驱动力是电子在环境光子上的冷却过程，同时指出了关于喷流能量、粒子成分和加速机制的未解问题，并强调需要长期多波段监测以及未来的极紫外（EUV）/X射线观测，以探测喷流内区动力学和宿主星系的关联。

ABSTRACT

The past 20 years have seen phenomenal progress in our understanding of BL Lac objects. They form part of the blazar class, which are radio-loud AGN whose relativistic jets are aligned along our line of sight. Several critical milestones have helped establish this picture, first proposed at the Pittsburgh BL Lac meeting 20 years ago, most recently the EGRET and TeV detections of beamed gamma-ray emission. The spectral energy distributions are double peaked and follow a self-similar sequence in luminosity, which can be explained by electron cooling on ambient photons. This simple paradigm has yet to be tested, and further questions remain, notably about physical conditions in blazar jets --- the kinetic power, magnetic energy density, acceleration time scales, proton content, etc. --- and how this energy is transported in the innermost regions. Some clues are available from multiwavelength monitoring campaigns although better sampling over longer periods is clearly called for. Recent work on the host galaxies of BL Lac objects supports their unification with low-power, aligned FRI radio galaxies. Nature makes jets with a large range of kinetic powers, but the relative number densities of low-luminosity ("blue" BL Lacs) or high-luminosity ("red" BL Lacs and FSRQ) blazars --- is highly uncertain. Since according to unified schemes blazars are representative of all radio-loud AGN, their jet properties have broad implications. Future EUV/X-ray observations will illuminate the circumnuclear structure, especially the hot, highly ionized, high velocity gas on sub-parsec scales, which could play a role in jet dynamics and could possibly affect the formation of FRI vs. FRII type jets. The study of blazars may also help us eventually understand the difference between radio-quiet and radio-loud AGN. [slightly abridged]

研究动机与目标

• 综合过去二十年来对BL Lac对象及其在活动星系核（AGN）整体背景中作用的理解进展。
• 基于EGRET和TeV伽马射线探测等关键观测里程碑，确立耀变体类别为射电噪AGN的一个子集，其喷流方向与视线对齐。
• 考察自相似双峰谱能分布（SED）作为耀变体辐射统一范式的作用，其驱动力为逆康普顿散射和电子冷却。
• 识别关于喷流功率、磁场能量密度、粒子加速 timescales（时间尺度）以及最内喷流区域质子成分的关键开放性问题。
• 倡导开展长期、多波段监测计划，并推动未来的极紫外（EUV）/X射线观测，以探测环核气体和喷流形成机制。

提出的方法

• 分析从射电波段到TeV伽马射线波段的多波段谱能分布（SED），以识别所有耀变体中普遍存在的双峰结构。
• 应用自相似SED模型，其中光度和峰值频率在耀变体序列中可预测地缩放。
• 运用相对论性束射理论，解释BL Lac对象的观测特性为接近视线方向的喷流的多普勒增强辐射。
• 将BL Lac宿主星系与低光度FRI射电星系的宿主星系进行比较，以支持统一方案。
• 评估EGRET和TeV探测器（如HEGRA）对高能辐射和喷流束射的观测约束。
• 采用PASP会议论文格式，并以1998年图尔库耀变体现象会议的数据为基础，进行综合分析并提出前瞻性建议。

实验结果

研究问题

• RQ1 BL Lac对象和耀变体的谱能分布如何符合自相似序列？其背后的物理过程是什么？
• RQ2 耀变体喷流内部的物理条件如何，包括动能功率、磁场能量密度和粒子加速时间尺度？
• RQ3 BL Lac宿主星系在多大程度上支持其与低功率、对准的FRI射电星系的统一？
• RQ4 为何低光度（‘蓝色’）与高光度（‘红色’）耀变体及FSRQ的相对数量密度仍高度不确定？
• RQ5 亚秒差距尺度上的高温、电离、高速气体在多大程度上影响喷流动力学以及FRI与FRII型喷流的形成？

主要发现

• 耀变体的双峰SED遵循光度范围内的自相似序列，表明其存在由电子在环境光子上冷却所主导的共同辐射机制。
• EGRET和TeV伽马射线探测为相对论性束射提供了强有力证据，并证实了耀变体的喷流方向模型。
• 宿主星系研究支持BL Lac对象与低光度、对准的FRI射电星系的统一，进一步强化了射电噪AGN的统一方案。
• 尽管已有进展，耀变体喷流中的动能功率、磁场能量密度和粒子加速时间尺度仍缺乏充分约束，且尚未通过直接观测验证。
• 未来的极紫外（EUV）和X射线观测对于探测环核区域的高温、电离、高速气体至关重要，这些气体可能影响喷流的形成与动力学。
• 通过更深入研究耀变体喷流特性及其宿主环境，可能揭示射电噪与射电quiet AGN之间未解差异的本质。