摘要
耀变体是带有相对论喷流的活动星系核(AGN)，其非热辐射在不同时间尺度上变化极大1，2，3.．这种变化似乎大多是随机的，尽管在耀变体和其他AGN中已经报道了一些暗示系统过程的准周期振荡(QPOs)。以天或小时为时间段的qpo尤其罕见4在AGN中，它们的性质是有争议的，通过发射等离子体在射流中螺旋移动来解释5，等离子体不稳定性6，7或者吸积盘的轨道运动7，8．在这里，我们报告了BL Lacertae (BL Lac)在2020年剧烈爆发期间的强烈光学和γ射线通量监测结果(参考文献)。9)．BL Lac，耀变体的一个子类的原型10，由1.7 × 10驱动8米太阳(ref。11)椭圆星系中的黑洞(距离= 313百万秒差距(参考。12))。我们的观测显示了光通量、线偏振和γ射线通量的QPOs，在爆发的最高状态时，周期短至约13 h。QPO属性符合电流驱动扭结不稳定性的预期6在距离黑洞约5秒差距(pc)处的一个再回潮激波附近，一个明显的超光速特征沿喷流向下移动。这种扭结在微波甚长基线阵列(VLBA)图像中很明显。
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数据可用性
WEBT合作所采集和汇编的数据存储在INAF都灵天文观测站的WEBT档案中(https://www.oato.inaf.it/blazars/webt/)．WEBT主席Massimo Villata (massimo.villata@inaf.it)可获得已发布的数据。
代码的可用性
本研究中使用的计算机代码可在Zenodo存储库中获得:https://zenodo.org/record/6562290#.YoVpVajMIuW；许可:https://doi.org/10.5281/zenodo.6562290．
参考文献
Raiteri, C. M.等。Blazar谱变由扭曲的非均匀喷流解释。自然552， 374-377(2017)。
韦勒，A. E.等人。2012-2013年BL Lac不稳定耀斑:多波长观测。12,54。J。816， 53(2016)。
拉里奥诺夫，V. M.等人。耀变体3C 279的多波长行为:从γ射线到射电的十年研究。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。492， 3829-3848(2020)。
耀变体的多波长日内变率和准周期振荡。星系6， 1(2018)。
萨卡尔，A.等人。blazar CTA 102在2016-2017年光学突出期间光曲线的多波段准周期振荡。阿斯特朗。12,54。642， 129-137(2020)。
董丽丽，张海华，贾尼诺斯。相对论喷流中的扭结不稳定性可以驱动准周期辐射特征。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。494， 1817-1825(2020)。
罗伊，A.等。TeV blazar PKS 1510-089中γ射线的瞬态准周期振荡。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。510， 3641-3649(2021)。
洪山，熊东，白杰。BL Lacertae天体S5 0716+714在微弱状态下的光学准周期振荡。阿斯特朗。J。155， 31(2018)。
Grishina, T. S. & Larionov, V. M. blazar BL Lac达到历史最大值。天文学家的电报，没有。13930(2020)。
斯蒂克尔等人。1个Jansky BL Lacertae对象的完整样本。I -汇总属性。12,54。J。374， 431-439(1991)。
哇,黄永发。&厄里，C. M.活动星系核黑洞质量和测热光度。12,54。J。579， 530(2002)。
贝内特，c.l.等人。1%和谐哈勃常数。12,54。J。794， 135(2014)。
米勒，J. S.，弗兰奇，H. B.和霍利，S. A.与BL蛇座星系有关的星系的光谱和星等。12,54。J。219， 1985 - l87(1978)。
雷米拉德，r.a.，麦克林托克，j.e.黑洞双星的x射线性质。为基础。启阿斯特朗。12,54。44， 49-92(2006)。
阿什顿，D. I. &米德尔顿，M. J.在AGN中寻找能量分辨准周期振荡。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。501， 5478-5499(2021)。
Abdollahi, S.等。费米大面积望远镜第四源目录。12,54。j .增刊。爵士。247， 33(2020)。
艾伯特，J.等。从低频峰值BL Lacertae天体BL Lacertae发现非常高能γ射线发射。12,54。J。666， l17(2007)。
BEAM-ME计划- Blazars进入天体物理多信使时代http://www.bu.edu/blazars/BEAM-ME.html(2022)。
Jorstad, S. G.等。15个活动星系核的高频极化观测:来自超长基线阵列的双月监测的射流运动学。阿斯特朗。J。130， 1418-1466(2005)。
科恩，m.h.等人。BL Lacertae喷流的研究。一、再定向冲击和移动发射特征。12,54。J。787， 151-160(2014)。
Jorstad, S. G.等。VLBA-BU-BLAZAR计划内43 GHz伽玛射线blazar的秒秒尺度喷流运动学。12,54。J。846， 98-132(2017)。
Gómez, J. L.等。超光速源的流体动力学模型。12,54。J。482， l33(1997)。
富恩特斯，Gómez, J. L.， Martí， J. M. &佩鲁乔，M.超压磁化相对论喷流的总和线性偏振同步辐射。12,54。J。860， 121(2018)。
李斯特，M. L.等。利用VLBA实验监测活动星系核中的喷流。十八。明亮放射声活动星系的运动学和内喷流演化。12,54。J。923， 30(2021)。
O 'Sullivan, s.p. & Gabuzda, d.c.六个秒差距尺度活动星系核喷流的磁场强度和光谱分布。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。400， 26-42(2009)。
科恩，m.h.等人。BL Lacertae喷流的研究。2超光速Alfvén波。12,54。J。803， 3(2015)。
Schulz, M. & Mudelsee, M. REDFIT:直接估计非均匀间隔古气候时间序列的红噪声谱。第一版。Geosci。28， 421-426(2002)。
格罗斯曼，A.，克朗兰-马丁内& R.莫雷特，J. in小波:时频方法与相空间库姆斯，j.m.。，Grossman, A. & Tchamitchinan, P.) 2–20 (Springer, 1989).
小波对不均匀采样时间序列的周期分析。阿斯特朗。J。112， 1709-1729(1996)。
Barniol, D. R.， Tchekhovskoy, A. & Giannios, D. AGN射流的模拟:磁扭结不稳定性与锥形冲击。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。469， 4957-4978(2017)。
维拉塔，等人。2000年的WEBT BL Lacertae活动。阿斯特朗。12,54。390， 407-421(2002)。
Raiteri, C. M.等。2007-2008年BL Lacertae的WEBT多波长监测和XMM-Newton观测。揭示不同的发射成分。阿斯特朗。12,54。507， 769-779(2009)。
韦弗，Z. R.等。用高时间分辨率测量BL Lacertae的多波长变异性。12,54。J。900， 137(2020)。
Fiorucci, M. & Tosti, G.在12 BL Lacertae天体场中恒星的VRI光度测定。阿斯特朗。12,54。增刊。爵士。116， 403-407(1996)。
施密特，G. D.，埃尔斯顿，R. & Lupie, O. L.哈勃太空望远镜北半球恒星偏振标准网格。阿斯特朗。J。104， 1563-1567(1992)。
诺兰，P. L.等人。费米大面积望远镜第二源目录。12,54。j .增刊。爵士。199， 31(2012)。
亚历山大，T. in天文时间序列。天体物理与空间科学图书馆(Maoz, D. Sternberg, A. & Leibowitz, E. M.) 163-170(施普林格，1997)。
改进的AGN光曲线分析与z变换离散相关函数。预印在https://arxiv.org/abs/1302.1508(2013)。
Emmanoulopoulos, D. McHardy, i.m.和Papadakis, i.e.生成人造光曲线:重新考察和更新。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。433， 907-927(2013)。
完成，c等人。ngc6814的x射线变异性:功率谱。12,54。J。400， 138-152(1992)。
Uttley, P.， McHardy, i.m.和Papadakis，即:用RXTE测量活动星系核的宽带功率谱。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。332， 231-250(2005)。
查特吉，R.等。1996 - 2007年blazar 3C 279的相关多波段变率。12,54。J。689， 79(2008)。
Difmap:合成成像的交互式程序。ASP Conf. Ser。125， 77-84(1997)。
巴赫等人。在WEBT活动期间(1995-2004年)BL Lacertae VLBI射流的结构和通量变化。阿斯特朗。12,54。456， 105-115(2006)。
天文时间序列分析研究。四、用线性滤波器建模混沌和随机过程。12,54。J。359， 469-482(1990)。
托伦斯，C. & Compo, G. P.小波分析的实用指南。公牛。点。Meteorol。Soc。79， 61-78(1998)。
An, t，等。NRAO 530中的周期性无线电变量:射流盘连接?Mon。。r·阿斯特朗。Soc。434， 3487-3496(2013)。
奥尼尔，S.等人。耀变体PKS 2131-021的意想不到的现象学:一个独特的超大质量黑洞双子星候选者。12,54。j。926， l35(2022)。
Mizuno, Y.等人。电流驱动不稳定性的三维相对论磁流体动力学模拟。一、静力柱失稳。12,54。J。700， 684(2009)。
张，H.等。从相对论磁流体动力学模拟得到的blazar发射区扭结不稳定性的极化特征。12,54。J。835， 125(2017)。
Bodo, G.， Tavecchio, F. & Sironi, L.相对论喷流中的扭结驱动磁重联:BL Lacs的x射线偏振测量结果。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。501， 2836-2847(2021)。
阿查里亚，鲍斯，N. S. & Vaidya .通过RMHD模拟AGN射流的长期变异性的数值分析。Mon。。r·阿斯特朗。Soc。506， 1862-1878(2021)。
确认
我们将这篇论文献给Valeri M. Larionov博士，他是WEBT合作的杰出成员。这里报道的研究是基于部分由美国国家科学基金会资助的AST-2108622和AST-2107806，以及美国宇航局费米GI资助的80NSSC20K1567, 80NSSC21K1917和80NSSC21K1951;由Shota Rustaveli格鲁吉亚国家科学基金会根据FR-19-6174合同;教育和科学部的保加利亚国家科学基金DN 18-10/2017、DN 18-13/2017、KP-06-H28/3(2018)、KP-06-H38/4(2019)和KP-06-KITAJ/2(2020)，以及保加利亚共和国教育和科学部的国家国际扶轮路线图项目D01-383/18.12.2020;由日本的JSPS KAKENHI授予#19K03930;由塞尔维亚共和国教育、科学和技术发展部门(合同编号451-03-9月2021-14/200002)提供，并由天文研究所和Rozhen NAO BAS通过双边联合研究项目“盖亚天体参考系(CRF)和快变天体”提供观测拨款支持;意大利建筑机构(ASI)通过合同I/037/08/0, I/058/10/0, 2014-025-R。0, 2014-025-R.1.2015和2018-24-HH。0至意大利国家天文研究所(INAF)。H.Z.由戈达德太空飞行中心的NASA博士后项目支持，由ORAU管理。M.V.P.部分由俄罗斯基础研究基金会资助20-02-00490。 G.B. acknowledges support from the State Agency for Research of the Spanish MCIU through the ‘Center of Excellence Severo Ochoa’ award to the Instituto de Astrofísica de Andalucía (SEV-2017-0709) and from the Spanish ‘Ministerio de Ciencia e Innovacíon’ (MICINN) through grant PID2019-107847RB-C44. M.D.J. thanks the Brigham Young University Department of Physics and Astronomy for continued support of the extragalactic monitoring programme under way at the West Mountain Observatory. R.C. thanks ISRO for support under the AstroSat archival data utilization programme and BRNS for support through a project grant (sanction no. 57/14/10/2019-BRNS). The measurements at the Hans Haffner Observatory, Hettstadt, Germany, were supported by Baader Planetarium, Mammendorf, Germany. This study was based (in part) on observations conducted using the 1.8-m Perkins Telescope Observatory (PTO) in Arizona, USA, which is owned and operated by Boston University. These results made use of the Lowell Discovery Telescope (LDT) at Lowell Observatory. Lowell Observatory is a private, non-profit institution dedicated to astrophysical research and public appreciation of astronomy, and operates the LDT in partnership with Boston University, the University of Maryland and the University of Toledo. This paper is partly based on observations made with the IAC-80 operated on the island of Tenerife by the Instituto de Astrofisica de Canarias in the Spanish Observatorio del Teide and on observations made with the LCOGT telescopes, one of whose nodes is located at the Observatorios de Canarias del IAC on the island of Tenerife in the Observatorio del Teide. This paper is partly based on observations made with the Nordic Optical Telescope, owned in collaboration by the University of Turku and Aarhus University, and operated jointly by Aarhus University, the University of Turku and the University of Oslo, representing Denmark, Finland and Norway, the University of Iceland and Stockholm University at the Observatorio del Roque de los Muchachos, La Palma, Spain, of the Instituto de Astrofisica de Canarias. The VLBA is an instrument of the NRAO, USA. The NRAO is a facility of the National Science Foundation operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.
作者信息
作者及隶属关系
贡献
S.G.J:开发和撰写论文，光学和VLBA观测和数据约简，周期性分析，数据建模;a.p.: VLBA观测与分析、理论建模、论文撰写;C.M.R.和m.v.: WEBT坐标、光学数据组装、REDFIT分析、论文撰写;z.r.w.:光学观测与变换，光曲线相关分析与仿真，WWZ分析，VLBA图像建模，论文撰写;洪志:扭结不稳定性模型的建立与应用，理论模型的编写;L.D:扭结失稳模型的开发与应用;j.l.g.: VLBA数据成像;m.v.p.: CWT分析;ss:光学观测、γ射线数据还原和描述;V.M.L:光学数据约简与WEBT数据组装; R.C.: power spectral response method analysis; V.M.L., D.C., W.P.C., O.M.K., A.M., K.Matsumoto and F.M.: leaders of observational groups that contributed more than 1,000 measurements to the optical datasets; the rest of the authors are members of the WEBT collaboration and have contributed to the paper by providing results of optical observations.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
同行评审
同行评审信息
自然感谢苏尧和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。同行评审报告是可用的。
额外的信息
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1 BL LacR-波段光学和γ射线数据。
一个，R-波段通量密度光曲线(n= 16497)。突出期间的洋红色实心曲线描绘了长期趋势的样条近似。b，极化程度随时间的变化(n= 1285)。c，偏振对时间的位置角(n= 1285)。红色和蓝色虚线分别表示沿射流轴方向和横向方向。d， γ射线光曲线(n= 1398)。灰色区域表示1σ超腔结K弹射时间的不确定性(灰色虚线)。不同的符号和颜色表示不同的望远镜进行的观测，这些望远镜的名称在扩展数据表中给出1．误差条为1σ不确定性(在图中)一个，它们比符号小)。
图2相关性分析。
一个，z-变换离散相关函数γ射线与R整个数据集的-波段光曲线(黑色)，γ射线通量和R-波段通量密度残差(蓝色)和理论γ射线与R最高突出状态下的-波段光曲线(红色)如图所示。2．b，z变换后的离散相关函数之间的相关性R与图中相似周期的-波段通量密度和极化程度一个．红色虚线对应3σ偶然发生的概率。
扩展数据图3 BL Lac在43 GHz时的VLBA总强度图像。
全球强度峰值为3.148 Jy光束−1等高线水平从峰值的0.4%开始，然后增加√2的因子。图像与半径为0.1 mas的圆形光束(左下角的圆)进行卷积。彩色圆圈表示高斯分量的FWHM区域，用于模拟每个历元的强度分布，其颜色与图中的颜色相匹配。3 b．
扩展数据图4 REDFIT周期图。
一个，表示光通量密度。b，用于γ射线通量。c，表示极化程度。黑色曲线为修正后的周期图;蓝线代表理论红噪声谱;红线表示99%(实线)和95%(虚线)显著性水平。指出了触及或超过99%水平的最显著峰值对应的时期。
扩展数据图5 CWT幅度标量图。
为R-波段光曲线(一个)、γ射线光曲线(b)和分数阶偏振曲线(c)．黑色轮廓一个而且b指示在99%水平上显著的时期;灰色轮廓c表示92%水平的显著时期。虚线白色曲线表示影响锥(COI)，其中外部信息受到边缘人工制品的影响;轮廓附近的数字表示一些清晰的时期。
扩展数据图6 WWZ变换。
为R-波段光曲线(一个)、γ射线光曲线(b)和分数阶偏振曲线(c)．黑色虚线表示在99%水平上显著的时期;轮廓附近的数字表示一些清晰的时期。
扩展数据图7光学中的qpoR-带通量密度。
一个光学振荡R2020年8月13日至9月18日期间爆发期间的波段通量密度(n= 8,106)，减去长期趋势。作为比较，红色曲线表示周期为0.55天，振幅为20 mJy的正弦函数。b，光通量密度脉冲的平均剖面(红色实线)。不同的颜色表示不同的脉冲(2、5、7、8、9和12，如图所示)。1 b)．c，分数偏振脉冲(彩色符号)的平均剖面(纯黑色曲线)，每一个都由其最大值归一化，归一化的平均剖面R-波段磁通密度脉冲(实心红色曲线)。在所有的图中，误差条代表1σ不确定性。
补充信息
权利和权限
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关于本文
引用本文
Jorstad, s.g.， Marscher, a.p.， Raiteri, C.M.et al。BL Lacertae相对论喷流中的快速准周期振荡。自然609， 265-268(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05038-9
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05038-9
