Mrk 421 的长期 Fermi 观测：不同非稳态过程的线索

本文呈现了 2008 年 8 月至 2023 年 8 月期间，利用 Fermi 卫星上的大面积望远镜对 Mrk 421 进行长期常规观测所获得的伽马射线光谱与计时结果。我们识别出六个 0.3-300 GeV 活动相对其他时间段较强的时期。在这些时期内，基线亮度水平在数月至数年的时间尺度上变化，并叠加了不同不对称性的短期耀斑，这与光穿越时间、粒子加速和冷却时间尺度之间的各种相互作用有关。该源还频繁表现出双峰耀斑，这是由不同速度沿喷流运动的高能等离子体壳层碰撞后，正向激波和反向激波的传播所触发的。最强的长期耀斑活动记录于 2012 年 6 月至 2013 年 10 月以及 2017 年 10 月至 2018 年 3 月期间，当时该源甚至在日内时间尺度上也能被稳健地探测到。我们探测到 25 次日内光变事件以及大量通量加倍或减半的事件。该源在 LAT 能量范围内通常表现出对数正态光变，这被解释为盘的非稳态过程在喷流上的印记、质子引发的强子级联或粒子加速速率的随机涨落。大多数 0.3-300 GeV 光谱可以用简单的幂律模型很好地拟合，并表现出从 2.8 到 1.2 的极宽光子指数范围，在强活动期间的平均值为 1.75-1.84，分布峰值在 1.73-1.82。我们的光谱研究还揭示了 Klein-Nishina 机制下 X 射线光子的逆康普顿上散射、相对论性磁重联、不同约束效率磁场内的一阶 Fermi 机制以及随机加速等特征。