本文選題：伽瑪 + 余輝　； 參考：《南京大學(xué)》2012年博士論文

【摘要】：伽瑪射線暴(簡稱伽瑪暴)是一種來自宇宙空間的短時標(biāo)、高強度的伽瑪射線爆發(fā)現(xiàn)象。它是宇宙大爆炸以后最劇烈的天文爆發(fā)現(xiàn)象。自從在1967年被偶然發(fā)現(xiàn)(1973年發(fā)表文章)以來,該爆發(fā)現(xiàn)象的起源及相應(yīng)的物理過程一直是天文學(xué)家們研究的最前沿課題之一。1997年伽瑪暴在低能段長持續(xù)時間的對應(yīng)體一余輝被發(fā)現(xiàn)以后,伽瑪暴相關(guān)問題的研究進入了黃金時期。目前人們已經(jīng)觀測到了余輝從射電到GeV伽瑪射線能段的多波段輻射。對余輝多波段輻射的研究不僅可以檢驗和完善伽瑪暴的標(biāo)準(zhǔn)模型,還有助于了解伽瑪暴激波中的微觀物理過程、輻射機制、周圍環(huán)境結(jié)構(gòu)及宿主星系特征等基本問題。 除了發(fā)生在宇宙學(xué)尺度上的伽瑪暴以外,銀河系中的一些脈沖雙星系統(tǒng)也會產(chǎn)生伽瑪射線及其他多波段的輻射。這類系統(tǒng)是由脈沖星和年輕的大質(zhì)量恒星組成,目前能夠確定的只有PSRB1259-63/LS2883這一個系統(tǒng)。此外,雖然LS5039、LS I+61°303、HESS J0632+057及1FGLJ1018.6-5856這四個系統(tǒng)中致密天體的類型還不是很明確,但是很多人相信可能也是脈沖星。這類系統(tǒng)一般有著從射電到TeV伽瑪射線的多波段輻射,且各波段的光變曲線是隨軌道周期性變化的。在星風(fēng)相互作用模型下對此類系統(tǒng)多波段輻射的研究可以幫助了解脈沖星風(fēng)及大質(zhì)量恒星星風(fēng)的性質(zhì)。 本論文的研究內(nèi)容是伽瑪暴余輝及伽瑪射線脈沖雙星的多波段輻射,其中包括通過擬合伽瑪暴多波段余輝來檢驗伽瑪暴的統(tǒng)一動力學(xué)模型、對余輝中增亮現(xiàn)象的解釋以及對伽瑪射線脈沖雙星PSR B1259-63/LS2883的多波段光變曲線的擬合。本文首先分別對伽瑪暴及伽瑪射線脈沖雙星的研究現(xiàn)狀做一簡單的綜述,隨后對我們的幾個具體工作進行詳細的介紹,最后是對未來的工作做一些展望。論文的具體組成如下： 第一章是對伽瑪暴研究領(lǐng)域的綜述。首先回顧了四十多年來對伽瑪暴及其余輝的觀測進展,其中包括了Swift衛(wèi)星和Fermi衛(wèi)星的最新觀測結(jié)果。接下來從理論方面介紹了伽瑪暴的標(biāo)準(zhǔn)火球模型和余輝的標(biāo)準(zhǔn)模型,包括動力學(xué)演化和輻射機制等等。最后還對伽瑪暴的中心能源模型和伽瑪暴宇宙學(xué)的研究進行了簡單的介紹。 第二章是對伽瑪射線脈沖雙星研究領(lǐng)域的綜述。首先總結(jié)了PSR B1259-63/LS2883、LS5039、LSI+61°303、HESS J0632+057及1FGL J1018.6-5856這五個系統(tǒng)的多波段觀測特征。隨后對脈沖雙星系統(tǒng)的星風(fēng)相互作用模型進行了詳細的介紹,具體包括星風(fēng)作用產(chǎn)生弓激波的幾何形狀、激波中的磁場和電子分布、產(chǎn)生多波段輻射的各種輻射機制以及雙星系統(tǒng)中光子湮滅過程等內(nèi)容。 第三章中我們通過擬合GRB980703的多波段余輝光變曲線對余輝的統(tǒng)一動力學(xué)模型進行了檢驗。該伽瑪暴有著豐富的多波段觀測數(shù)據(jù),特別是它的射電余輝非常明亮以至于在爆發(fā)后1000多天還能被觀測到。此外,它的多波段余輝光變曲線中沒有特殊的特征,也就是說沒有增亮、平臺、快速衰減或緩慢衰減等現(xiàn)象。以上這些特點使得GRB980703成為伽瑪暴研究領(lǐng)域中非常重要的樣本之一,尤其是在研究深度非相對論階段余輝行為中顯得更加彌足珍貴。我們使用一個既適用于絕熱情形又適用于高度輻射情形、既適用于極端相對論階段又適用于非相對論階段的余輝統(tǒng)一動力學(xué)模型對該伽瑪暴的多波段余輝進行了擬合。計算結(jié)果表明余輝的統(tǒng)一動力學(xué)模型可以滿意地解釋GRB980703多波段余輝光變曲線的行為。通過擬合我們還得到了一些關(guān)于伽瑪暴外流和周圍環(huán)境的物理參數(shù),并對GRB980703宿主星系的消光量進行了估計。 第四章中我們提出了對伽瑪暴余輝中增亮現(xiàn)象的一種可能的解釋。隨著觀測數(shù)據(jù)的積累和觀測技術(shù)的進步,尤其是在Swift衛(wèi)星上天以后,人們在伽瑪暴余輝中發(fā)現(xiàn)了許多標(biāo)準(zhǔn)余輝模型所不曾預(yù)言的特征,其中之一就是在許多伽瑪暴余輝中發(fā)現(xiàn)了增亮現(xiàn)象。我們發(fā)現(xiàn)在余輝統(tǒng)一動力學(xué)模型中加入大質(zhì)量恒星周圍的星風(fēng)泡環(huán)境及激波微觀物理參數(shù)的變化可以較好地解釋伽瑪暴余輝中的一些增亮現(xiàn)象。我們研究了各個模型參數(shù)對伽瑪暴余輝產(chǎn)生的影響,并利用該模型對GRB060206、GRB070311及GRB071010A的光學(xué)和X射線余輝光變曲線進行了擬合。 第五章中我們對到目前為止唯一一個確定其中致密天體為脈沖星的伽瑪射線雙星系統(tǒng)一PSR B1259-63／LS2883的多波段觀測進行了解釋。該系統(tǒng)X射線和TeV伽瑪射線能段的光變曲線的輪廓是類似的,均在近星點兩側(cè)呈雙峰分布。最近Fenni衛(wèi)星的觀測結(jié)果表明該系統(tǒng)GeV伽瑪射線輻射的光變曲線在近星點前沒有明顯的信號,但在近星點后出現(xiàn)了明顯的耀發(fā)現(xiàn)象。這些多波段性質(zhì)都很難用標(biāo)準(zhǔn)星風(fēng)相互作用模型來解釋。一些數(shù)值模擬結(jié)果表明在星風(fēng)相互作用產(chǎn)生的弓激波的尾部,輻射物質(zhì)的整體運動可以達到中等相對論性甚至極端相對論性速度。我們發(fā)現(xiàn)該區(qū)域中經(jīng)Doppler增強的同步輻射可以很好地產(chǎn)生觀測到的GeV伽瑪射線能段的耀發(fā)現(xiàn)象。此外,我們還發(fā)現(xiàn)之前在Crab星云中發(fā)現(xiàn)的脈沖星風(fēng)中能流的各向異性效應(yīng)對產(chǎn)生X射線和TeV伽瑪射線能段光變曲線的雙峰結(jié)構(gòu)有著至關(guān)重要的作用。我們用這兩種效應(yīng)對PSRB1259-63／LS2883的多波段光變曲線及能譜進行了很好的擬合。 最后,第六章是作者對未來有關(guān)伽瑪暴和伽瑪射線脈沖雙星工作的展望。
[Abstract]:Gamma - ray bursts ( referred to as gamma - ray bursts ) are a short - term , high - intensity gamma - ray burst from cosmic space . Since it was discovered in 1967 ( published in 1973 ) , the origin of the outbreak and the corresponding physical process have been one of the most advanced topics of astronomers ' research .

In addition to gamma rays occurring on the cosmological scale , some pulsed binary systems in the Milky Way generate gamma rays and other multi - band radiation . These systems are composed of pulsed and young mass stars , but many believe that the types of dense objects in the four systems are pulsed . In addition , although LS5039 , LS I + 61 擄 303 , HESS J0632 + 057 and 1FGLJ10180.6 -5856 , the types of dense celestial bodies are not very clear . In addition , although LS5039 , LS I + 61 擄 303 , HESS J0632 + 057 , and 1FGLJ1018 . 6 - 5856 , the types of dense objects are periodically changed along the orbit .

The research content of this paper is the multi - band radiation of gamma - ray afterglow and gamma - ray pulse double stars , which includes the fitting of gamma - burst multi - band afterglow to verify the uniform dynamic model of gamma - ray , the explanation of the brightness enhancement phenomenon in afterglow and the fitting of the multi - band optical variable curve of the two - star PSR B1259 - 63 / LS2883 .

The first chapter is a review of the field of gamma storm research . Firstly , it reviews the observation progress of gamma storm and its afterglow in more than forty years , including the latest observations of Swift satellite and Fermi satellite .

In chapter 2 , the multi - band observations of these five systems are summarized in this paper , including PSR B1259 - 63 / LS2883 , LS5039 , LSI + 61 擄 303 , HESS J0632 + 057 and 1FGL J1018 . 6 - 5856 .

In chapter 3 , we verify the uniform dynamic model of afterglow by fitting the multi - band afterglow curve of GRB980703 . The gamma - ray has abundant multi - band observation data , especially its radio afterglow is very bright so that it can be observed more than 1000 days after the outbreak .

In chapter 4 , we put forward a possible explanation of the brightness enhancement phenomenon in gamma - ray afterglow . As the observation data accumulates and observes the progress of observation technology , especially after the Swift satellite , one of them has found many bright phenomena in the afterglow of gamma - ray . We have found that the influence of various model parameters on the afterglow of gamma - storm can be explained well . We have studied the optical and X - ray afterglow photovariable curves of GRB060206 , GRB070311 and GRB071010A by using the model .

In the fifth chapter , we have made an explanation of the only one PSR B1259 - 63 / LS2883 , which has been used to determine the gamma ray dual star system in which the compact celestial bodies are pulse stars .

Finally , the sixth chapter is the author ' s perspective on the future work of gamma - ray and gamma - ray pulses .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P172.3

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本文編號：1870415