利用互信息度量天文学中非线过程的时间滞后
天体物理仪器与方法
2021-06-17 v1 高能天体物理现象
数据分析、统计与概率
摘要
测量天文学中变源或暂现源在不同波长的时序列或光变曲线之间的时间滞后,是探测引起多波长变化物理机制的重要探针。时间滞后通常用离散相关函数(DCF)量化,这适用于线性关系。然而,在 X 射线双星、活动星系核(AGN)和其他吸积系统等变源中,辐射过程及由此产生的多波长光变曲线常具有非线性关系。对于此类系统,更适宜使用如互信息这类其他学科中常规使用的非线性信息论因果度量。我们用玩具模型展示了使用标准 DCF 的漏洞,并展示了使用互信息相关函数(MICF)的改进。对于非线性相关,后者准确且尖锐地识别滞后分量,而 DCF 可能出错。随后我们将 MICF 应用于 AGN NGC 4593 的多波长光变曲线。我们发现 X 射线流量领先 UVW2 流量约 0.2 天,比 DCF 估计更接近吸积盘再处理模型预测。不过当前光变曲线的不确定性太大,无法排除负滞后。此外,我们发现另一延迟分量在约 -1 天,即 UVW2 领先 X 射线,与吸积盘内流涨落情景一致。这未被 DCF 探测到。考虑到 X 射线与 UVW2 间的非线性关系,这值得进一步理论探究。从玩具模型和真实观测均可清楚看出,基于互信息的估计量对复杂非线性相关高度敏感。在足够高时间分辨率下,我们将精确探测与这些相关对应的各个滞后特征。
引用
@article{arxiv.2106.08623,
title = {Using Mutual Information to measure Time-lags from non-linear processes in Astronomy},
author = {Nachiketa Chakraborty and Peter Jan van Leeuwen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.08623},
year = {2021}
}
备注
13 pages, 6 figures