活动星系核中相对论电子束的物理效应

本文研究了Ｂｌａｚａｒ天体的辐射性质，提出一种新的喷流模型，即具有幂律分布的极端相对论电子团从中心核注入喷流等离子体中，它在一定的注入速度下，不仅能在喷流等离子体中激发等离子体湍动，产生电磁波的相干辐射，而且能产生强的同步辐射。利用等离子体的弱湍理论，我们研究了极端相对论电子团在喷流等离子体中的辐射过程，并详细研究了它在解释Ｂｌａｚａｒ天体辐射特性中的应用，本文认为，Ｂｌａｚａｒ天体的不稳定辐射与极端相对论电子团的无规注入、喷流等离子体的物理环境瞬息变化有关。Ｂｌａｚａｒ中快速变化的辐射偏振角摆动。产生于相对论电子团在湍动等离子体中的同步辐射过程。另外，Ｘ选和射电选的ＢＬＬａｃ天体之间的区别取决于喷流等离子体的运动状态和物理环境。     

Blazar天体射电爆发的持续注入喷流模型

为了解释Ｂｌａｚａｒ天体射电爆发的普遍演化特性，本提出一个持续注入的喷流模型。假定在喷流基底上以相对论性速度持续地注入相对论等离子体（由磁场和相对论电子组成）。这一等离子体在沿喷流向外运动时经受绝热膨胀损耗。理论计算表明，射电爆发的频谱演化具有Ｖａｌｔａｏｊａ等人所建议的典型的３阶段演化形式。它们非常好地重现了Ｂｌａｚａｒ天体中观测到的射电爆发的普遍行为。     

相对论电子的物理效应及其在高能天体中的应用

本文对相对论电子的辐射性质、能谱演化和加速机制等进行了简要的介绍。同时，对相对论电子在高能天体中的辐射作用和特性进行了简要的综述。本文给出了相对论电子在Blazar天体的射电辐射机制、光变机制、BL Lac天体的辐射机制以及γ暴的辐射机制等方面的应用研究成果。1、提出了相对论电子的光学薄同步辐射模型：解释Blazar天体的射电平谱：Blazar中心体的剧烈活动，使射电辐射区处于等离子体湍动状态，其中的相对论电子在湍动等离子体波的二交费米加速、激波加速、辐射损失、粒子逃逸和辐射区的绝热减速等物理过程作用下，形成较平的能谱，产生射电平谱。2、提出了新的Blazar天体光变模型：当Blazar天体爆发时，中心天体产生大量的相对论电子，注入喷流中；相对论电子产生同步辐射，并不断损失能量和逃逸辐射区，使它们的能谱快速变化，引起辐射发生快速光变。3、给出了BL Lac天体的等离子体反应堆模型：大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中，通过同步辐射快速损失能量，同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子，产生一个稳定、各向同性的幂律分布，其谱指数为γ＝3；然后，这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来，辐射低频的同步辐射。模型解释了BL Lac天体的高频辐射表现出快速的谱变化性质，即流量减小时谱变陡。4、提出了相对论电子的内激波加速模型，解释γ暴的尖峰光变特性：在γ暴产生的相对论运动的壳层中，有内激波产生；激波在壳层中传播，耗散壳层的运动能，使其中的部分电子加速成为相对论电子。然后，这些电子通过同步辐射产生观测到的γ辐射。模型认为，γ暴中的每个尖峰辐射是一对内激波加速相对论电子的辐射过程，复杂的γ暴光变曲线是多对内激波辐射过程的叠加。     

Blazar天体中光学射电大爆发的频谱演化

本文讨论Ｂｌａｚａｒ天体中光学射电大爆发频谱演化的理论模型．考虑沿喷流传播的相对论性激波所注入或加速的相对论性电子，受到康普顿、同步辐射和绝热膨胀三种损耗，并计及相对论电子能谱的高能截断．假定喷流轴线与观测者方向构成很小角度．文中给出了大爆发频谱三阶段连续演化的特性，即康普顿阶段，同步辐射阶段和绝热膨胀阶段的爆发特性．频谱演化用（Ｓｍ－ｖｍ）关系表达（见图２，图中Ｓｍ为频谱反转流量，ｖｍ为反转频率），它与一些Ｂｌａｚａｒ天体中观测到的典型形式相符合．     

BL Lac天体的谱性质

研究了等离子体反应堆模型,统一解释活动星系核的辐射性质,特别是ＢＬＬａｃ天体的谱性质．具体的物理过程是:大量相对论电子从中心天体注入周围的等离子体反应堆中,通过同步辐射快速损失能量,同时这些电子同步吸收反应堆中不透明的光子,产生一个稳定、各向同性的幂律分布,其谱指数为γ＝３;然后,这些相对论电子通过等离子体反应堆的爆发或其表面扩散过程逃逸出来,产生低频的同步辐射;来自等离子体反应堆的高频辐射表现出快速的谱变化,即流量减小时谱变陡．另外,还详细分析了具有辐射损失和相对论电子注入的同步辐射源的性质．     

γ射线噪Blazar天体中尘埃的作用

利用具有多波段谱指数及流量观测资料的５９ 个Ｂｌａｚａｒ 天体作为样本,我们研究了各波段流量之间,谱指数之间的可能的相关性。新的可能的限制已从理论上进行了深入地讨论。结果暗示：（１） 同步自康普顿机制是Ｂｌａｚａｒ 天体γ射线辐射的主要机制。（２） 相对论电子与吸收积盘热光子的逆康普顿散射是Ｂｌａｚａｒ 天体γ射线产生的另一个重要机制。（３）ＢＬＬａｃ 天体不是“纯非热辐射”的天体,它们也具有强的热辐射。     

BLLac天体的谱性质

研究了等离子体反应堆模型,统一解释活动星系核的辐射性质,特别是ＢＬＬａｃ天体的谱性质,具体的物理过程是：大量相对论电子从中心天体注入周转的等离子体反应堆中,通过同步辐射快速损失能量,同时这些电子同步吸收反应堆中遥光子,产生一个稳定,各向同性的幂律分布,其谱指数为γ＝３;然后,这些相对论电子通过等离子反应堆的爆发发或其表面扩散过程逃逸出来,产生低频的同小辐射;来自等离子体反应堆的高频辐射表现出快速的     

BLO0716＋71非热辐射的喷流模型：从射电到γ射线

本文探讨用相对论喷流模型解释ＢＬ Ｌａｃ天体０７１６＋７１从射电到γ射线的整修电磁波段的非热辐射。喷流的结构分两个区域描述：内区具有抛物线结构，喷流是加速的；外区具有圆锥形结构，喷流速度恒定。相对论电子的密度和最高能量，以及磁场等参数随距离向外按幂律下降。在此模型中，射电至紫外线起源于相对论电子的同步辐射，而高能的Ｘ射线和γ射线则起源于自康普顿散射。辐射的频率越高，产生区域越靠近中央能源机器。辐射     

Blazar天体射电爆发的持续注入喷流模型

为了解释Blazar天体射电爆发的普遍演化特性，本文提出一个持续注入的喷流模型．假定在喷流基底上以相对论性速度持续地注入相对记等离子体（由磁场和相对论电子组成）．这一等离子体在沿喷流向外运动时经受绝热膨胀损耗．理论计算表明，射电爆发的频谱演化具有Valtaoja等人所建议的典型的3阶段演化形式.它们非常好地重现了Blazar天体中观测到的射电爆发的普遍行为．     

活动星系核射电延展区观测和理论研究

随着探测设备角分辨率和灵敏度的提高,喷流、喷流节点和热斑等活动星系核延展结构在射电、红外、光学、X射线等越来越多的波段被探测到,分辨出其更细致的结构,促进了理论研究热潮的兴起,使该领域成为当今天体物理研究的活跃领域之一。喷流是由活动星系核中心产生的准直等离子体外流,由中心黑洞驱动。至今,对喷流的成分、产生、准直原理和加速机制等基本问题并不清楚。另一方面,对于喷流、喷流节点和热斑等活动星系核延展区的辐射机制,一般认为其射电和光学辐射由相对论电子的同步辐射产生,但X射线的起源就存在着一定的争议。简单概述该领域近年来观测和理论研究进展。     

射电选BL Lac天体（RBLs）的观测性质（Ⅱ）

收集了ＢＬ Ｌａｃ天体的有关信息作为前文（Ｆａｎ＆Ｌｉｎ１９９６）的补充,并在文中加入了具有喷流、具有超光速子元和具有高能γ射线辐射的ＢＬ Ｌａｃ天体表。同时在表１ｃ中列出了ＢＬ Ｌａｃ天体的发射线,对偏振度与大幅光变的统计相关在相对论成束框架下给予了解释。     

湍动等离子体散射对天体X射线谱的作用

天体(包括太阳)活动区常常伴随着出现等离子体湍动。这种湍动的散射作用,势必会大大改变该区产生出来的辐射谱的特征及“大气”结构。观测到的宇宙X射线源大多数具有较大的辐射谱指数,用通常的康普顿机制(或同步加速机制)来解释这种谱特征是困难的。但是,考虑到等离子体湍动散射对辐射转移过程的作用,这种困难即可克服,并可在很宽的谱指数范围内与观测谱相拟合。本文具体研究了等离子体湍动散射对康普顿过程的作用,得到了甚宽的X射线辐射谱,并从理论上得出了对应活动区的大气结构模型,与经验模型相吻合。这表明,考虑等离子体湍动散射对天体活动区所产生的辐射的作用是很重要的。     

射电选BLLac天体(RBLs)的观测性质(Ⅱ)

收集了ＢＬＬａｃ天体的有关信息作为前文（Ｆａｎ＆Ｌｉｎ１９９６）的补充,并在文中加入了具有喷流、具有超光速子元和具有高能射线辐射的ＢＬＬａｃ天体表。同时在表１ｃ中列出了ＢＬＬａｃ天体的发射线,对偏振度与大幅光变的统计相关在相对论成束框架下给予了解释。     

激变射电源中偏振角快速旋转的解释

在许多激变射电源(Blazar天体)中,观测到一种非常特别的现象,即偏振角的快速旋转.在相对论喷流的框架下,这种偏振角的旋转可以用双成分模型来解释.在这个模型中,一个成分是作为背景喷流本身的辐射,是恒定不变的成分;另一个成分被认为是沿喷流传播的相对论性激波,它产生变化的流量和偏振.这两个成分的偏系辐射的叠加可以产生观测到的偏振角旋转。本文讨论了三个激变射电源(BL Lac,AO0235+164,0727-115)中发生的偏振角旋转.结果表明,用相对论喷流-激波双成分模型可以很好地拟合观测到的偏振角旋转、偏振度和流量变化。说明射电激变源中出现的快速偏振和流量变化可能是由于相对论激波沿喷流传播时,激波辐射区中磁场取向和有序性以及强度和电子密度的变化所引起的。     

Blazars的聚束效应

本文对Blazars的聚束效应及相关的理论作了较全面的综述，指出了一 些有待进一步探讨的问题和需要进一步完善的理论，并对其中几个具体问题进行研究，得到了一些新结果。第一章简单介绍了活动星系核的特征、分类及其标准模型。第二章综述了Blazars的基本性质、对Blazars的谱特征、高光度、高偏振、激烈光变、超光速现象和高能辐射等作了介绍。第三章介绍了相对论喷流模型，以及利用相对论喷流模型解释Blazars的极端观测特性，如用相对论喷流模型从理论上解释了Blazars的高光度、剧烈光变及高能量转换率，偏振方向的快速变化，超光速现象，发射线和高能辐等能观测特性。同时介绍了喷流具有相对论性的观测证据并重点介绍了喷流的加速和减速两个理论模型。第四章是聚束效应的几项具体研究工作，首先分析了28个BL Lac天体，24个核优势高偏振类星体，29个核优势低偏振类星体，以及11个瓣优势低偏振类星体的射电和光学流量，证实具有相对论喷流的AGNs的Doppler提升效应确实存在，且很明显，光学和射电是高度聚束的。最小光变时标是一个及其重要的物理理，短时标光变能给人们提供大量的信息。但最小光变时标一般是在不同波段探测到的。利用加速模型，我们从理论上导出了一个联系各波段最小光变时标的公式，可把观测到的不同波段最小光变时标转换为同一波段的最小光变时标。利用该公式，把观测到的29个Blazars的不同波段最小光变时标转换为γ波段的最小光变时标，我们分析了这些对象光度与光变时标的关系，证实了Blazars的γ射线是高度聚束的。我们还研究了Blazars的偏振，发现偏振也是和聚束效应密切相关的，对Blazars的高能辐射也作了一些探讨，发现同步自康普顿模型能较好的解释Blazars天体的γ辐射。另外，提出一个新的喷流的电子注入模型，成功的解释了射电选Blazars天体在爆发时的谱硬化现象。     

非均匀喷流模型及其在BL Lac天体中的应用

在非均匀锥形喷流模型中,电子数密度、磁场强度随着到喷流顶点的距离呈幂律分布.该模型能成功解释活动星系核喷流核心区域的平谱射电辐射,但已有的模型计算只适用于喷流运动方向与视线夹角很大的情况,所以需要建立适用于任何视角情况的非均匀锥形喷流辐射计算公式.普遍认为BL Lac天体中喷流的运动方向与视线夹角很小,推广后的非均匀喷流模型拟合了3个BL Lac天体的射电观测谱,确定了它们喷流中电子数密度、磁场强度等物理参数.研究结果表明观测辐射谱拐折频率确定出锥形喷流离黑洞最近距离,对于这3个BL Lac天体,它们的锥形喷流离黑洞最近距离约为Schwarzschild半径.     

束－等离子体不稳定性直接放大电磁波及其对太阳Ⅲ型爆的解释

弱磁化相对论电子束注入等离子体时，由非共振波粒相互作用激发的束－等离子体不稳定性可以直接放大电磁波，计算结果表明：在偏离共振条件的区域，电磁波仍可在较宽的频率范围被放大，并在每个共振峰下形成平台结构。随着谐波数的增高，增长率峰值逐渐变小，峰宽也变窄。本文还分析了电磁波的增长率随背景参数ω＿（ｐｅ）／Ω＿ｅ及高能电子的入射方向和辐射方向的变化规律，在典型的日冕条件下，此类不稳定性所放大的电磁波的增长率大小、带宽、方向性、偏振及谐波等性质，可以用来解释太阳Ⅲ型射电爆发现象，本文的研究亦可用来解释其他天体等离子体辐射。     

Blazars的多波段辐射谱：聚束效应和内禀谱

考虑了观测到的Ｂｌａｚａｒｓ多波段辐射的两分量特征,提出该观测特征可由频率相并的取束效应和内禀谱一起来解释。多普勒因子与频率之间的关系由分析观测数据获得。假定内禀谱由非均匀喷流中同步－自康普顿机制产生,应用该模型解释了３Ｃ２７９的辐射。     

Blazars的多波段辐射谱:聚束效应和内禀谱

考虑了观测到的Ｂｌａｚａｒｓ多波段辐射的两分量特征,提出该观测特征可由频率相并的聚束效应和内禀谱一起来解释．多普勒因子与频率之间的关系由分析观测数据获得．假定内禀谱由非均匀喷流中同步－自康普顿机制产生,应用该模型解释了３Ｃ２７９的辐射．     

太阳射电尖峰爆与电子回旋共振吸收

本文采用等离子体动力学方法，研究了日冕条件下磁化非相对论热等离子体对太阳射电辐射产生的电子回旋共振吸收，并在辐射频率等于电子回旋谐波频率时求得ｎ≥２谐波吸收率的近似表示式，以及其对等离子体温度，出射角度和谐波数的变化规律，在应用部分，讨论了电子回旋共振吸收对于太阳射电尖峰爆发的影响，认为目前观测到的尖峰爆，大多数高能电子束来自日冕的内层。