在费米大面积望远镜（Fermi-LAT）数据中探测到银河平面外的新型极高能天体

《Journal of High Energy Astrophysics》：Detection of new very-high-energy sources outside the galactic plane in the Fermi-LAT data

基于Fermi-LAT 16年数据，采用DBSCAN算法搜索高纬度（|b|>10°）VHE集群，发现2个新源（4FGL J0039.1-2219和4FGL J0212.2-0219），6个无关联VHE爆发（含1孤立事件），其中5个与3FHL源关联。HE与VHE活动无固定时间关联，揭示3FHL J0308.4+0408（NGC 1218）为非暴发式BL Lacertae源，扩展低亮度星系VHE发射样本，提示AGN模型需完善。

　　在这项研究中，科学家们利用费米-大视场望远镜（Fermi-LAT）16年的高能伽马射线数据，结合DBSCAN算法，对高银纬（|b| > 10°）区域内的空间-时间伽马射线簇进行了系统性的搜索。研究重点在于那些至少包含5个事件的簇以及短暂的双峰（两个事件在3天以内发生）。通过这种方法，他们发现了107个簇，其中两个与之前未被识别的VHE源相关，这些源被认为是弱BL Lacertae天体4FGL J0039.1-2219和4FGL J0212.2-0219，为下一代VHE观测设备提供了潜在的目标。

研究团队指出，由于VHE光子背景较低，即使是持续数天的双峰也显示出很高的统计显著性。大多数检测到的114个双峰来自明亮的TeV发射体，例如Mrk 421和Mrk 501，但研究人员还发现了六个没有TeV目录（TeVCat）关联的VHE耀斑。其中五个耀斑与第三版费米-大视场望远镜高能源目录（3FHL）中的源相关，而第六个“孤儿”耀斑则没有对应的高能（HE；E > 10 GeV）源。值得注意的是，某些耀斑的亮度达到了极端水平，即每秒能量输出达到10^47 erg的量级。这些发现表明，某些弱源可能在短时间内展现出强大的VHE发射能力，这种现象在许多现有的活动星系核（AGN）模型中尚未得到充分解释，从而对这些模型提出了新的挑战和研究方向。

在研究中，科学家们还强调了费米-大视场望远镜在VHE源探测方面的独特优势。虽然其有效面积相对较小，但其极宽的视场（2.4 sr）和长达16年的连续观测，使得其能够实现对整个天空的广泛覆盖，并具备检测短暂VHE耀斑的能力。尤其是那些没有其他电磁波段对应源的“孤儿”耀斑，它们的检测为研究极端的天体物理环境提供了新的线索。此外，费米-大视场望远镜的高观测频率也使其成为研究短寿命VHE现象的重要工具。

费米-大视场望远镜在任务初期就已经被用于VHE源的探测，例如在仅1.5年的数据中，研究人员成功探测到了IC 310星系的VHE发射（Neronov et al., 2010），并发现了5个位于低银纬（|b| < 10°）区域的新源（Neronov and Semikoz, 2010）。随着观测时间的延长，研究团队还利用更广泛的算法，如最小生成树（MST）和基于密度的空间聚类（DBSCAN），扩展了对低能（几十GeV或以下）源的搜索范围。这些努力与不断积累的数据相结合，最终产生了包含1888个VHE源候选的12年MST目录（Campana, R. et al., 2018; Campana and Massaro, 2021），并发现了8个大麦哲伦云（LMC）中的超新星遗迹候选（Tramacere et al., 2025），以及18个在费米-大视场望远镜源目录中没有对应记录的源（Soor et al., 2025）。

尽管取得了这些进展，费米-大视场望远镜的VHE数据仍有许多未被充分挖掘的潜力。在这项研究中，科学家们采用了DBSCAN算法，系统地搜索了VHE事件的空间-时间簇，优先考虑那些未与已知VHE源关联的候选。这一方法旨在揭示新的天体物理现象，并进一步完善对极端环境的约束条件。研究团队还提到，通过这种方法，他们能够更准确地识别那些在短时间内展现出强烈VHE发射的天体，这些天体可能属于不同的天体类别，如非喷流活动星系核（AGN）或非耀斑源。

研究中还特别提到一些关键的天体物理现象。例如，3FHL J0308.4+0408（即NGC 1218）是一个塞弗特I型星系，而此前并未有该类型的天体被确认为VHE发射体。此外，一个“孤儿”耀斑，其附近没有已知的HE源，可能源自NGC 5549，这是一个低亮度的LINER星系。这些发现不仅拓展了非喷流AGN在VHE能量范围内的样本，也为研究这些天体的高能物理过程提供了新的视角。

科学家们还指出，某些弱源可能在没有对齐喷流的情况下，甚至在没有HE活动的情况下，展现出非常短暂而强烈的VHE耀斑。这种现象在许多现有的AGN模型中难以解释，因此需要进一步发展和完善这些模型。这表明，VHE发射可能不仅仅局限于传统的喷流机制，而是可能涉及更复杂的物理过程，包括非喷流的高能粒子加速、不同类型的天体物理活动，甚至是超出标准模型的物理现象。

此外，研究团队还强调了费米-大视场望远镜在VHE源探测中的重要性。其长期观测、广泛覆盖和高时间分辨率，使得它成为研究短暂和变化的VHE现象的关键工具。通过结合这些优势，研究人员能够更全面地了解高能伽马射线的时空分布及其与不同天体类别的关系。这不仅有助于揭示宇宙中高能粒子的加速机制，还为研究宇宙中其他未知的物理现象提供了基础。

在方法上，科学家们采用了DBSCAN算法，这是一种基于密度的空间聚类方法，能够有效识别数据中的簇结构。通过这种方法，他们能够在高银纬区域中找到多个VHE源的聚集点，从而更准确地识别那些可能属于新类别的天体。同时，DBSCAN算法也能够检测到那些在短时间内出现的双峰事件，这些事件可能与某些特殊的天体物理活动有关，如极端的高能发射或短暂的耀斑。

研究团队还提到，这些发现对未来的天体物理研究具有重要意义。首先，它们表明某些非喷流AGN可能在VHE能量范围内展现出独特的发射特性，这为研究这些天体的高能物理过程提供了新的线索。其次，这些发现可能揭示某些未知的天体物理机制，例如在某些极端条件下，非喷流的高能粒子加速可能成为主要的发射源。最后，这些发现还可能为研究宇宙中的其他物理现象提供基础，例如在极端环境中，某些未知的高能粒子加速机制可能成为VHE发射的主要来源。

总之，这项研究通过分析费米-大视场望远镜的VHE数据，结合DBSCAN算法，发现了一些新的VHE源和现象。这些发现不仅拓展了我们对高能天体物理的认识，还为未来的观测和研究提供了重要的方向。同时，它们也表明，现有的AGN模型可能需要进一步发展，以更好地解释这些现象。研究团队希望这些结果能够为天文学家提供新的研究线索，并推动对极端天体物理环境的理解。