云南天文台河外伽马背景研究获得进展

国际著名天体物理杂志《The Astrophysical Journal》（2011，ApJ, 272, L46；2013，ApJ, 769, 15）发表了云南天文台周明博士和王建成研究员在河外伽马射线背景研究方面的系列工作。

宇宙中存在微波背景辐射，实际上宇宙中还存在其它波段的背景辐射。早在1975小型天文卫星就发现银河系具有伽马射线辐射，除此之外，似乎还有一个各向同性的弥散成分。后来，康普顿伽马射线空间天文台上的高能伽马射线实验望远镜（EGRET）的观测进一步地证明该成分的存在，称为河外伽马射线背景。

2010年Abdo 等人利用费米伽马射线空间望远镜（简称费米望远镜）十个月的观测数据，对河外伽马射线背景进行了最新测量和研究，发现它的辐射谱形为幂率谱，与 EGRET 的测量结果相比，谱形较陡、流量较低。

河外伽马射线背景图（摘自费米卫星网站）

在河外伽马射线背景中，只有很小部分来源于已被证认的点源辐射，绝大部分是未证认的、来历不明的弥散辐射，因此其起源问题备受关注。关于河外伽马射线背景起源，目前有多种理论解释，它可能来源于一些真正的弥散源，如暗物质湮灭或衰变所产生的伽马辐射，或宇宙大尺度结构形成过程中激波加速高能粒子而产生的伽马辐射等，也可能来源于大量的未被证认的点源，如活动星系核，它们包含大量的高能粒子，能产生伽马射线辐射。

耀变体是一类喷流整体速度接近光速且方向指向观测者的活动星系核。来自喷流的各波段辐射都会被相对论性喷流的多普勒集束效应所积聚增强。因此，耀变体具有非常强的伽马射线辐射。目前费米望远镜探测到的河外点源中，大部分是耀变体，它们的辐射谱形和河外伽马射线背景大致相同。一些学者根据耀变体某波段的光度函数，再利用该波段光度和伽马射线光度之间的相关关系来推导所有耀变体对河外伽马射线背景的贡献，但该方法给出耀变体对河外伽马射线背景贡献存在很大的不确定性，从 20% 到 100% 不等。

Abdo 等人根据费米望远镜第一源表并结合费米对低伽马射线流量源探测的不完备性，得到伽马射线点源的流量与数目的分布，从而推出点源的贡献小于23%。由于探测到的点源主要为耀变体，上面结果只是耀变体的贡献。寻常的点源，如射电星系、星爆星系、普通星系以及射电宁静类星体等，它们的伽马射线辐射很弱，但是它们的数目远远多于耀变体，目前已有多个此类天体被费米望远镜观测到。因此，这类天体也可能贡献相当部分的河外伽马射线背景。

受限于现有仪器的观测能力，目前直接分解河外伽马射线背景是不可能的。一个替代方案是图像叠加法。图像叠加法是一种可以大大提高图像信噪比，从而充分利用现有数据的方法。作者将此法应用于费米卫星数据，并与其它波段，如射电样本相结合，发展了最大似然法求叠加点源的流量，从而对流量低于仪器探测极限以下源的性质进行统计研究，得到这些源对河外伽马射线背景的贡献。

研究工作首先对AT20G 样本进行图像叠加，发现其对河外伽马射线背景贡献为8.4%，表明耀变体仅贡献小部分的河外伽马射线背景；然后对FIRST样本进行叠加，此样本对河外伽马射线背景贡献为56%。考虑到FIRST 样本为一流量限制样本且在低流量处并不完备，当此样本流量限制更低且更加完备，那么样本对河外伽马射线背景的贡献将会更大。但是具体贡献值则很难确定，这依赖于更暗源的数密度分布以及射电、伽马射线流量关系，然而两者目前都不确定。但是考虑到一些不能被FIRST 很好示踪类型源，例如普通星系、射电宁静类星体等，那么点源即使不能贡献全部也可以贡献绝大部分的河外伽马射线背景。