OJ287天体的射电结构研究

李振旭 吴忠祖

摘 要：OJ287是一个典型的BL Lac型天体，研究该天体对于理解BL Lac型天体有非常重要的意义。为了研究OJ287天体的射电结构、亮温度等性质， 本文搜集有关该天体的甚长基线射电望远镜阵（VLBA） 2 cm 观测数据（1995—2018年），并把这些观测数据分别单个导入DIFMAP程序软件进行成图和分量处理、拟合，得到以下结果：OJ287天体在VLBA 2 cm波段的喷流方向（单侧的且方向向右），该天体的总流量，该天体的喷流各模型成分的流量、大小、方位角，喷流各模型成分离核心的距离，以及该天体的射电亮温度（1011.8Symbol～A@1015.0 K）。由此可知，OJ287是一个高光度且光度变化非常快的天体，其喷流结构相当复杂。

关键词：OJ287;BL Lac型天体;射电喷流;亮温度

中图分类号：P164

文献标识码： A

耀变体（Blazars）属于特殊的活动星系核（Active Galactic Nuclei，AGNs），其具有一些特殊的性质，包括高而极度变化的光度、高偏振以及射电成分的超光速运动，等等。耀变体包括蝎虎天体（BL Lac objects，BLs）和平谱射电类星体（Flat Spectrum Radio Quasars，FSRQs）。一般来讲，蝎虎天体含有弱发射线，或者没有发射线。OJ287是一个典型的BL Lac型天体，其首次在射电观测[1]和光学波段[2]中被发现。OJ287是一个高度变化的射电源，其红移z=0.306[3-4]。相关研究[5]表明：在大约一年的不規则时间间隔内该源的射电光变曲线由耀发主导，并且由一个更长的非周期性的时间尺度所调控。通过对OJ287天体的射电—光学耀发事件的分析，可以展现该天体的相关活动。USHER[5]比较了从1966到1978年的耀发事件，认为大多数的光学耀发和射电耀发是同步的。VALTAOJA等[6]研究了孤立的耀发事件，发现光学变化比射电变化要早几个月。从VLBI偏振数据（5 GHz）中，首次探测到VLBI成分的超光速运动，这些超光速成分的方位角在-80°到-120°之间，其中的一个超光速成分沿着方位角为-116°的方向移动[7]。对于方位角的变化，ABRAHAM认为是由螺旋式的进动喷流所导致的[8]。

TATEYAMA等[9]发现测地VLBI图中的6个成分的自行大约为0.5 mas/a。OJ287是一个很值得研究的BL Lac型天体，由于在光学波段一系列的耀发而被识别，这些耀发发生的周期为11.6年[10]。在pc[7]和kpc[11]尺度上，都发现OJ287天体含有复杂结构的单侧喷流。从射电和光学能量来看，OJ287是最亮的且极度变化的BL Lac型天体之一。该天体也是最受广泛观测的河外天体之一，自1890年以来就得到了其光学R波段的数据。通过研究OJ287天体的射电波段的VLBA射电图，表明了一个不稳定的pc尺度的喷流[12-14]，该投射喷流的方位角变化大于100°[15]。在光学波段，OJ287展现了一个优越的偏振方位角，表明存在一个稳定的核心和一个混沌的喷流成分[16]。另外，γ射线和射电辐射之间的相关性研究表明，耀发的重大关联性与固定的射电结的超光速成分的喷射有关，这些射电结在pc尺度喷流的范围内，而且可以从VLBA图中看出[13，15，17]。在2009年耀发期间，从宽波段的光谱能量分布（SED）中，可以推断出一个耀发区域的相似位置[18]。

为了更好地理解OJ287天体的性质（包括该天体的亮温度、射电结构、射电光变等），我们搜索并下载了该天体的VLBA 2 cm观测数据（1995—2018年），并对这些数据进行了处理及拟合，从而研究OJ287天体的性质。

1 观测数据和数据处理

我们搜索了BL Lac型天体OJ287的VLBA 2 cm巡天观测数据，在表1中列出了每个数据的观测时间、频率、项目代码。这些数据都是自校准过的，然后把这些数据分别逐个导入DIFMAP程序软件进行成图和分量处理、拟合。通过以上工作，得出OJ287天体的喷流结构及其性质，拟合结果在表2中给出，表中各列数据分别为：（1）观测日期，（2）观测频率，（3）总流量，（4）模型成分离核心的距离，（5）模型成分的方位角，（6）模型成分角直径的大小，（7）OJ287天体的射电亮温度。其中模型成分的误差由LOBANOV所给公式算出，具体公式详见网址：http：//www.radionet-eu.org/rnwiki/School Organ isation Pages？action=AttachFile&do=get&target=lobanov.pdf。

2 结果分析

2.1 喷流的结构及流量变化

图1给出了OJ287天体在15 GHz的6个VLBA图像。在这些图中，我们可以看到这个天体具有典型的核喷流结构。在这6个VLBA图像中，每个图像的模型成分数量依次为3个，5个，5个，4个，4个和5个。由此可见，同样是VLBA 2 cm波段观测数据，其不同历元的拟合成分数量也会有所不同。分析图1可知，即便是在同一波段（15 GHz），OJ287天体不同历元的流量以及成分分布有所不同，但是可以明显地看出该天体具有单侧喷流且方向向右。

从表2可知OJ287天体的喷流方位角在-38°到-143°之间，喷流成分的方位角变化约为105°。OJ287天体在VLBA 2 cm波段的总流量随时间的变化如图2所示。由图2可以看出，从1995年到2018年，OJ287天体的总流量变化非常大，总体呈递增趋势，2000年6月27日（2000.489）的总流量最低，为1.24 Jy;2017年3月12日（2017.195）的总流量最高，达到8.75 Jy;在近17年的时间里，其流量变化了751 Jy，平均流量变化量为0.45 Jy/a。由此可知该天体是一个高光度且光度变化非常大的源。

2.2 噴流的亮温度

我们利用VLBA高分辨率图像的模型拟合参数和式（1）[19]，可以得到所有历元的射电亮温度Tb（见表2）。在式（1）[19]中，Sv为成分流量密度，单位为Jy;ν为观测频率，单位为GHz;θd为成分的角直径大小，单位为mas。

Tb=1.77×1012×Sv×ν-2 ×θd-2×（1+z）。（1）

由表2可知亮温度Tb大约在1011.8～1015.0 K。

3 总结

根据我们的研究，可以得出以下结论：

（1）OJ287天体的射电喷流的模型成分的方位角在-38°到-143°，其方位角变化约为105°。

（2）OJ287天体的VLBA 2 cm波段的射电总流量在1995年到2018年之间变化非常大，总流量总体上是随着时间的推移而增加的。2000年6月27日（2000.489）的总流量最低，为1.24 Jy;2017年3月12日（2017.195）的总流量最高，达到8.75 Jy;在近17年（2000—2017）的时间里，其流量变化了751 Jy，平均流量变化量为0.45 Jy/a。

（3）OJ287天体的射电亮温度大约在1011.8Symbol～A@1015.0  K。

参考文献：

[1]DICKEL J R， YANG K S， MCVITTIE G C， et al. A survey of the sky at 610.5 MHz. II. The region between declinations +15 and +22 degrees[J]. Astron J， 1967， 72： 757-768.

[2]THOMPSON J R， KRAUS J D， ANDREW B H. Optical identifications of Ohio radio sources with peculiar spectra[J]. Astron Phys J， 1968， 154： 1-3.

[3]MILLER J S， FRENCH H B， HAWLEY S A. Optical spectra of BL Lacertae objects[C] // Proceedings of Pittsburgh Conference on BL Lac Objects. Pittsburgh， Pa.： University of Pittsburgh， 1978：176-187.

[4]SITKOM L， JUNKKARINEN V T. Continuum and line fluxes of OJ287 at minimum light1[J]. PASP， 1985， 97： 1158-1162.

[5]USHER P D. BL Lacertae objects-The case for synchronous optical-radio outbursts in OJ 287[J]. AJ， 1979， 84： 1253-1269.

[6]VALTAOJA L， SILLANPAA A， VALTAOJA E. The correlation between radio and optical variations in OJ 287[J]. A&A， 1987， 184： 57-62.

[7]ROBERTS D H， GABUZDA D C， WARDLE J F C. Linear polarization structure of the BL Lacertae object OJ 287 at milliarcsecond resolution[J]. ApJ， 1987， 323： 536-542.

[8]ABRAHAM Z. Precession， beaming and the periodic light curve of OJ287[J]. A&A， 2000， 355： 915-921.

[9]TATEYAMA C E， KINGHAM K A， KAUFMANN P， PINER B G， et al. Observations of OJ 287 from the Geodetic-VLBI Archive of the Washington Correlator[J]. ApJ， 1999，520：627-633.

[10]SILLANPAA A， HAARALA S， VALTONEN M J， et al. OJ 287-Binary pair of supermassive black holes[J]. ApJ， 1988， 325： 628-634.

[11]PERLMAN E S， STOCKE J T. New very large array maps of highly core-dominated BL Lacs： Testing unified schemes[J]. Astron J， 1994， 108： 56-63.

[12]TATEYAMA C E， KINGHAM K A. Structure of OJ 287 from Geodetic VLBA Data[J]. ApJ， 2004， 608（1）： 149-156.

[13]AGUDO I， JORSTAD S G， MARSCHER A P， et al. Location of gamma-ray Flare Emission in the Jet of the BL Lacertae Object OJ287 More than 14 pc from the Central Engine[J]. ApJL， 2011， 726（1）： L13.

[14]MOOR A， FREY S， LAMBERT S B， et al. On the Connection of the Apparent Proper Motion and the VLBI Structure of Compact Radio Sources[J]. AJ， 2011， 141（6）： 178.

[15]HODGSON J A， KRICHBAUM T P， MARSCHER A P， et al. Location of gamma-ray emission and magnetic field strengths in OJ 287[J]. A&A， 2017， 597： A80.

[16]VILLFORTH C， NILSSON K， HEIDT J， et al. Variability and stability in blazar jets on time-scales of years： optical polarization monitoring of OJ 287[J]. MNRAS， 2010， 402（3）： 2087-2111.

[17]SAWADA-SATOH S， AKIYAMA K， NIINUMA K， et al. Apparent Inward Motion of the Parsec-Scale Jet in the BL Lac Object OJ287 during the 2011-2012 gamma-ray Flares[J]. Publ Korean Astron Soc， 2015， 30（2）： 429-432.

[18]KUSHWAHA P， SAHAYANATHAN S， SINGH K P. High energy emission processes in OJ 287 during 2009 flare[J]. MNRAS， 2013， 433（3）： 2380-2388.

[19]GHISELLINI G， PADOVANI P， CELOTTI A， et al. Relativistic bulk motion in active galactic nuclei[J]. ApJ， 1993， 407（1）： 65-68.

（責任编辑：周晓南）