本文選題：伽瑪暴 + 偏振��； 參考：《南京大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：伽瑪暴是來自宇宙深處的劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象。其輻射分為兩個階段,首先看到的是瞬時輻射,隨后會觀測到余輝。瞬時輻射的光變曲線非常復(fù)雜,通常由一個或多個脈沖組成。瞬時輻射的譜通常有Band譜來描述。余輝的光變相對簡單,通常由分段的冪律來描述�？茖W(xué)家提出了瞬時輻射的內(nèi)激波模型和余輝的標(biāo)準(zhǔn)模型。隨著觀測的進(jìn)行,瞬時輻射和余輝的觀測都呈現(xiàn)出多樣的觀測特點(diǎn)。不同的模型也被相繼提出來,用于解釋多樣的觀測。伽瑪暴的輻射機(jī)制通常被認(rèn)為是同步輻射。而同步輻射是高度偏振的。隨著偏振觀測技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)有一些儀器在進(jìn)行偏振觀測,如LT,VLT,和INTEGRAL等等。偏振觀測可用于研究源中的磁場,源的幾何結(jié)構(gòu)等性質(zhì)。本論文主要圍繞伽瑪暴及其它天體物理過程中的偏振性質(zhì)展開。第一章是伽瑪暴領(lǐng)域尤其是偏振研究領(lǐng)域的綜述,主要介紹的是伽瑪暴及其余輝的主要觀測性質(zhì)和理論解釋,尤其是其中的偏振的觀測和理論研究。內(nèi)容包括瞬時輻射的觀測和理論模型(主要有內(nèi)激波模型,ICMART模型和耗散光球模型),余輝的觀測和理論模型(余輝的標(biāo)準(zhǔn)模型,早期正反激波模型,統(tǒng)一動力學(xué)模型,其它動力學(xué)模型,能量注入模型,同步自康普頓散射模型),瞬時輻射和余輝中的偏振觀測,偏振的理論模型(隨機(jī)磁場中的同步輻射模型,規(guī)則磁場中的同步輻射模型,逆康普頓散射模型以及有結(jié)構(gòu)的噴流模型),以及其它天體物理過程(快速射電暴,超新星和活動星系核)中的偏振。第二章到第五章是本人在偏振方面的工作。第二章研究的是伽瑪暴早期余輝中偏振性質(zhì)。在這一章中,以統(tǒng)一動力學(xué)模型為基礎(chǔ),我們推導(dǎo)了一個包含反向激波的動力學(xué)模型,這個動力學(xué)模型也可以從早期相對論階段演化到晚期的非相對論階段。之后,在兩種磁場構(gòu)型下,我們計(jì)算了早期光學(xué)余輝的偏振演化。如果偏振方位角逐漸改變其值或者偏振方位角突然改變90度時對應(yīng)的偏振度非0,則可推斷3區(qū)的磁場為平行場,對應(yīng)的中心引擎為磁星。如果偏振方位角突然改變90度時對應(yīng)的偏振度為0,則3區(qū)的磁場可能為環(huán)形場,對應(yīng)的中心引擎可能是黑洞。我們用本章中的模型擬合伽瑪暴GRB120308A的光變曲線和偏振演化,發(fā)現(xiàn)兩個磁場構(gòu)型都能擬合該暴的觀測數(shù)據(jù),因此對于這個暴,我們并不能區(qū)分它的中心引擎是磁星還是黑洞。第三章研究的是伽瑪暴晚期光變曲線中的平臺期的偏振演化,并以此來區(qū)分兩個主流模型。大約一半的伽瑪暴X射線余輝中觀測到了平臺期。有兩個主流模型可以解釋這個觀測現(xiàn)象,分別是相對論星風(fēng)泡模型和結(jié)構(gòu)化的拋出物模型。相對論星風(fēng)泡模型的中心引擎為毫秒磁星,晚期的能量注入為Poynting流,其中的磁場構(gòu)型為平行場。而結(jié)構(gòu)化的拋出物模型的中心引擎為轉(zhuǎn)動的黑洞,主要的注入能量為動力學(xué)能量,是否有規(guī)則磁場殘留尚不清楚。我們知道對于結(jié)構(gòu)化的拋出物模型,通常只有一個能段有平臺期。但是對于相對論星風(fēng)泡模型,平臺期在光學(xué)和X射線波段都會有。我們的計(jì)算結(jié)果顯示,如果是相對論星風(fēng)泡模型,在平臺期偏振度的演化會有一個鼓包,而結(jié)構(gòu)化的拋出物模型中并沒有這樣的結(jié)構(gòu)。因此,從平臺期的偏振度觀測我們可以區(qū)分兩個模型。第四章研究的是雙成分噴流模型下的伽瑪暴的光學(xué)余輝的偏振性質(zhì)。伽瑪暴的一類中心引擎是黑洞加吸積盤系統(tǒng)。黑洞由于吸積物質(zhì)會產(chǎn)生噴流。其中,一個是由于Blandford-Znajek機(jī)制產(chǎn)生的窄噴流,另一個是由盤產(chǎn)生的寬噴流。因此,窄噴流中的磁場構(gòu)型就是環(huán)形的,而寬噴流中沒有有序磁場。在我們?nèi)〉膮?shù)下,早期余輝的光變由窄噴流主導(dǎo),晚期余輝的增亮現(xiàn)象由寬噴流主導(dǎo)。早期的偏振度在某些觀測角度處有鼓包。第五章研究的是進(jìn)動噴流的輻射的偏振性質(zhì)。這章的工作還在繼續(xù)。先介紹一下初步的結(jié)果。黑洞加吸積盤系統(tǒng)可能是很多天文現(xiàn)象的中心引擎。如果黑洞的自轉(zhuǎn)軸和盤的轉(zhuǎn)軸不平行,則由黑洞驅(qū)動的或由盤驅(qū)動的噴流就會有進(jìn)動的現(xiàn)象。我們的研究顯示這樣的進(jìn)動的噴流的輻射和偏振的演化都有周期性的變化。最后在第六章我們總結(jié)伽瑪暴的瞬時輻射和余輝的偏振的觀測特點(diǎn),以及偏振的理論模型。從偏振觀測,我們可以區(qū)分不同的中心引擎和噴流的組份。從X射線余輝平臺的偏振觀測還可以區(qū)分兩個平臺期的主流模型。從偏振觀測還能得到源的哪些物理信息還有待進(jìn)一步的研究。
[Abstract]:The gamma storm is a violent eruption from the depths of the universe. Its radiation is divided into two stages. First, the instantaneous radiation is seen. The afterglow will be observed. The light curve of the instantaneous radiation is very complex, usually composed of one or more pulses. The spectrum of the instantaneous radiation is usually described by the Band spectrum. The scientists put forward the internal shock model of instantaneous radiation and the standard model of afterglow. With the observation, the observations of instantaneous radiation and afterglow have varied observation features. Different models are also proposed to explain various observations. The radiation mechanism of the gamma storm is usually considered to be synchronous. Radiation. And synchrotron radiation is highly polarized. With the development of polarization observation technology, there have been some instruments in the polarization observation, such as LT, VLT, and INTEGRAL. Polarization observation can be used to study the magnetic field in the source, the geometrical structure of the source and so on. This paper focuses on the polarization properties of the gamma storm and other astrophysical processes. The first chapter is a summary of the field of gamma storm, especially in the field of polarization, mainly introducing the main observational properties and theoretical explanations of the gamma storm and its afterglow, especially the observation and theoretical study of the polarization, including the observation and theoretical model of the instantaneous radiation (the main need for the internal shock model, the ICMART model and the dissipative light sphere) Model), the observation and theoretical model of afterglow (standard model of afterglow, early positive and negative shock model, unified dynamic model, other dynamics model, energy injection model, synchronous self Compton scattering model), instantaneous radiation and Yu Huizhong polarization observation, polarization theory model (synchrotron radiation model in random magnetic field, regular magnetic field) The synchrotron radiation model, the inverse Compton scattering model and the structured jet model, and the polarization in other astrophysical processes (rapid radio storm, supernova and active galactic nucleus). The second chapter to the fifth chapter is the work of polarization. The second chapter studies the polarization properties in the early afterglow of the gala storm. On the basis of a dynamic model, we derive a dynamic model containing the reverse shock wave, which can also evolve from the early relativistic stage to the late non relativistic stage. Then, under the two magnetic configurations, we calculate the polarization evolution of the early optical afterglow. If the azimuth angle of polarization gradually changes its value. Or the degree of polarization of the polarizing azimuth suddenly changes 90 degrees, and the corresponding degree of polarization is not 0, then it can be deduced that the magnetic field in the 3 region is parallel and the corresponding center engine is a magnetic star. If the degree of polarization of the polarization azimuth suddenly changes 90 degrees is 0, then the magnetic field in the 3 region may be a ring field, and the corresponding center engine may be a black hole. The light curve and polarization evolution of the gamma ray storm GRB120308A show that two magnetic configurations can fit the observation data of the storm, so we can not distinguish between the magnetic stars or the black holes for this storm. The third chapter studies the polarization evolution of the platform period in the late gamma ray curve of the gamma storm, and thus distinguishes two. The mainstream model. About half of the gamma ray X ray afterglow observed in the platform period. There are two main models to explain the observation phenomenon, namely the relativistic star bubble model and the structured ejecta model. The center engine of the relativistic star bubble model is millisecond magnetic star, and the energy injection into the Poynting flow at the late stage, the magnetic field in it. The structure is a parallel field. The central engine of the structured projectile model is a rotating black hole. The main injection energy is kinetic energy. It is not clear whether there is a regular magnetic field residual. We know that there is only one stage for a structured projectile model, but for the relativistic bubble model, the platform is in the light. Our calculations show that if it is a relativistic bubble model, there is a drum in the evolution of the degree of polarization in the platform period, and there is no such structure in the structured model. Therefore, we can distinguish two models from the degree of polarization of the platform period. The fourth chapter studies the dual component spray. The polarization properties of the optical afterglow of a gamma storm under the flow model. A type of central engine of a gamma storm is a black hole plus accretion disk system. A black hole produces a jet due to accretion. One is a narrow jet produced by the Blandford-Znajek mechanism and the other is a wide spout produced by the disk. Therefore, the magnetic configuration in the narrow jet is a ring. There is no orderly magnetic field in the wide jet. Under the parameters we take, the light change of the early afterglow is dominated by the narrow jet. The brightening phenomenon of the late afterglow is dominated by the wide jet. The initial degree of polarization has a drum in some observation angles. The fifth chapter is the study of the radiating properties of the precession jet. The work of this chapter is still continuing. First, the first introduction of the first introduction The black hole plus accretion disk system may be the central engine of many astronomical phenomena. If the rotation axis of the black hole is not parallel to the rotating axis of the disk, the black hole driven or disk driven jet will have the precession phenomenon. Our study shows that the radiation and polarization evolution of such a precession are periodic changes. Finally, in the sixth chapter, we summarize the observation characteristics of the instantaneous radiation and the polarization of the afterglow of the gamma storm, as well as the theoretical model of polarization. From the polarization observation, we can distinguish between the different central engines and the components of the jet. From the polarization observation of the X ray afterglow platform, we can distinguish the main model of the two platform period. It remains to be further studied which physical information of source.

【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】：2016
【分類號】：P172.3

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本文編號：1880684