【摘要】：伽瑪射線暴(伽瑪暴)是一種在觀測上主要發(fā)生在伽瑪波段的暫現(xiàn)源,其一瞬間釋放的能量規(guī)模在宇宙中僅次于宇宙大爆炸。自1973年發(fā)現(xiàn)以來,其高能量、高紅移、全波段輻射等等特征,令伽瑪射線暴一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就吸引了高能天體物理學界的目光。人們不僅對其本身的物理本質(zhì)進行研究,也將其作為標尺和探針用于宇宙學的研究。在這篇論文中,主要介紹本人利用伽瑪暴的大數(shù)據(jù)對其中心引擎機制進行的研究工作。第一章是對伽瑪射線暴現(xiàn)有研究進展的闡述。包括伽瑪暴發(fā)現(xiàn)和認識的歷史、現(xiàn)階段伽瑪暴的研究手段、研究伽瑪暴的儀器設(shè)備和伽瑪暴合作網(wǎng)絡(luò),以及到目前為止人們發(fā)展的伽瑪暴相關(guān)理論,包括:火球模型,伽瑪暴前身星,中心引擎,余輝機制和后標準效應的標準模型,余輝平臺的內(nèi)耗散結(jié)構(gòu),千新星機制等等。在第二章中,我將介紹我的第一個工作:關(guān)于利用伽瑪暴多波段數(shù)據(jù)對中心引擎模型進行限制。如果磁星確實是一些伽瑪暴的中心引擎,那么預計會出現(xiàn)幾個磁星的演化結(jié)果:(1)立即坍縮形成黑洞(BH);(2)快速旋轉(zhuǎn)的磁星在自轉(zhuǎn)減速后坍縮形成黑洞;和(3)穩(wěn)定的磁星。從伽瑪暴樣本中,我們發(fā)現(xiàn)兩個伽瑪暴候選體在早期余輝中出現(xiàn)磁星中心引擎的證據(jù),以及在晚期它們出現(xiàn)了新生的饑餓黑洞。我們的研究結(jié)果表明,一些磁星可能確實會坍縮形成黑洞,這為磁星和黑洞中心引擎模型提供了直接支持。在第三章中,本人于第二章提出的情景可能適用于最近的引力波(GW)事件GW170817/GRB 170817A/AT2017gfo。最近對GRB 170817A的觀測表明,在X射線和射電輻射方面,晚期都出現(xiàn)了意想不到的再次增亮行為。我們用千新星模型對AT2017gfo中的光學數(shù)據(jù)進行光譜擬合,發(fā)現(xiàn)殘差成分可能是非熱余輝輻射,并且表現(xiàn)出類似的上升行為。我們建議這些重新增亮的輻射可以由超大質(zhì)量磁星坍縮產(chǎn)生的新生黑洞所解釋。為了驗證這種情況,我們利用MCMC方法對X射線,射電和光學殘差數(shù)據(jù)使用我們的模型進行擬合,可以解釋的很好。在第四章中,本人試圖利用伽瑪暴大數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)計分析,來約束中心引擎模型。作為統(tǒng)計分析的第一步,本人開發(fā)了專門用于伽瑪暴研究的自動數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計分析軟件Capella。然后,我們利用Capella從所有可用的公共數(shù)據(jù)檔案中收集大量的伽瑪暴數(shù)據(jù)。我們最終對伽瑪暴樣本進行全面的統(tǒng)計研究。我們特別關(guān)注超長伽瑪射線暴的中心引擎。第五章總結(jié)本人的主要工作,我們模型的局限性以及GRB研究的一些前景,提出我們的下一步的研究計劃。
【圖文】：

3共振吸收線，使得大部分理論學家相信伽瑪暴起源于河內(nèi)的中子星[10]，這種錯誤的認識持續(xù)了很多年。直到1991年，新一代的伽瑪暴探測衛(wèi)星康普頓天文臺上天之后，才有新的認識產(chǎn)生。1.1.2 BATSE 時代的伽瑪暴康普頓天文臺（CGRO）搭載了全新的伽瑪射線探測設(shè)備 BATSE，由美國國家航空和宇宙航行局，馬歇爾太空飛行中心研制。爆發(fā)和瞬變源實驗設(shè)備（BATSE）性能優(yōu)于之前的儀器，它專門用于搜索天空中的伽瑪射線爆發(fā)（能段 20~600keV）。BATSE長期進行了全天空監(jiān)測[11]，在 9 年的 CGRO 任務中，大約每天檢測到一次伽瑪射線圖 1.1 Vela 衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的，最早的伽瑪射線暴觀測記錄。來自 Klebesadel 等[4]。

累計探測到 3000 多個。BATSE 上天之后，早期便取得了如下幾個重要成果：第一，伽瑪暴的各向同性起源；第二，伽瑪暴的兩個子分類，即長伽瑪射線暴（長暴）和短伽瑪射線暴（短暴）；第三，伽瑪暴的 Band 能譜。在統(tǒng)計了伽瑪暴的全天分布圖之后，人們發(fā)現(xiàn)伽瑪暴的分布基本呈各向同性，這說明伽瑪暴基本不可能起源于銀盤，見圖 1.2。另外，伽瑪暴的亮度分布并不均勻，明顯偏離歐幾里得計數(shù)，這間接佐證了結(jié)論。因此很多人開始相信伽瑪暴的發(fā)生位置遠在銀河系之外[7][9]。隨著觀測數(shù)據(jù)的增多，，在統(tǒng)計伽瑪暴的 T90時標分布時，Kouveliotouetal.(1993)發(fā)現(xiàn)了雙峰分布的結(jié)構(gòu)存在，雙峰交匯在 2 秒左右的位置，見圖 1.3。其中，T90時標指伽瑪暴光變曲線中，流量占 90%的最高峰的持續(xù)時間。按照 T90持續(xù)時間來分圖 1.2 BATSE 探測到的 2704 伽瑪暴在天球上的各向同性分布圖。來自: G. Fishman et al., BATSE,CGRO, NASA.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P172.3

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 徐明;黃永鋒;;伽瑪射線暴及其余輝研究進展[J];天文學進展;2012年01期

2 ;Hyperaccretion after the Blandford-Znajek Process:A New Model for GRBs with X-Ray Flares Observed in Early Afterglows[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;2008年04期

3 ;Gamma-Ray Bursts in the Swift Era[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;2007年01期

本文編號：2655900