【摘要】： 伽馬暴是一種來(lái)自宇宙深處的伽馬射線在短時(shí)間內(nèi)突然增強(qiáng)的現(xiàn)象,是目前觀測(cè)到的宇宙間最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象。伽馬暴在1967年首次被探測(cè),由于它的極端高能,極短時(shí)標(biāo),巨大的輻射能等觀測(cè)特征,使得現(xiàn)有天體物理學(xué)模型面對(duì)新的挑戰(zhàn),對(duì)伽馬暴的研究因此具有巨大的誘惑力。本文首先對(duì)伽馬暴領(lǐng)域的主要研究成果(包括觀測(cè)的與理論的成果)進(jìn)行了綜述,然后詳細(xì)介紹了本人在攻讀博士學(xué)位期間從兩個(gè)不同的角度來(lái)探討伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜之間的關(guān)系所做的兩個(gè)研究工作。 第一個(gè)工作是探討局域脈沖(local pulse)的半峰全寬FWHM與冪率指數(shù)α之間的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)伽馬暴脈沖的半峰寬度與能量存在指數(shù)約為α=0.4的冪率關(guān)系。這表明,至少在脈沖形態(tài)中,光變曲線與能譜之間是存在著聯(lián)系的。以往的研究涉及到的脈沖數(shù)據(jù)為直接的觀測(cè)值,而由于火球曲率效應(yīng)的作用,該觀測(cè)值是火球不同地方產(chǎn)生的局域脈沖的疊加。要了解光變曲線和能譜之間更本質(zhì)的聯(lián)系,我們應(yīng)以局域脈沖為研究對(duì)象。我們想知道局域脈沖到底與什么物理量存在聯(lián)系。我們將研究對(duì)象鎖定在典型伽馬暴單峰源中,這些源的光變曲線呈現(xiàn)快速上升指數(shù)下降的形態(tài)(通常稱為FRED形態(tài))。我們選擇七個(gè)在其它文獻(xiàn)中已被詳細(xì)研究的單峰源,其中六個(gè)單峰源的局域脈沖已通過(guò)考慮曲率效應(yīng)的輻射流量公式對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的擬合而獲得,而余下的一個(gè)我們采用同樣的方法求得其局域脈沖。此外我們求出這些源的冪率指數(shù)α并根據(jù)所給的局域脈沖求得其半峰寬度FWHM。我們發(fā)現(xiàn)局域脈沖的FWHM與冪率指數(shù)α之間存在反相關(guān)關(guān)系。這一關(guān)系未曾被火球曲率效應(yīng)所預(yù)言,亦沒(méi)有其它模型做出過(guò)預(yù)言。該關(guān)系來(lái)源于對(duì)七個(gè)源的研究,需要更大的樣本對(duì)之進(jìn)行驗(yàn)證。不管怎樣,探討局域脈沖的特性與觀測(cè)脈沖寬度對(duì)能量的依賴程度之間的關(guān)系為我們提供了一個(gè)研究伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜關(guān)系的新的視角。本工作的創(chuàng)新之處是首次探討由擬合得到的火球局域脈沖與由觀測(cè)值得到的冪率指數(shù)之間的關(guān)系,所得二者之間存在的相關(guān)關(guān)系即為新發(fā)現(xiàn)的一種關(guān)系。 第二個(gè)工作是利用由Kocevski et al.(2003)給出的著名的伽馬暴脈沖樣本檢驗(yàn)Qin et al.(2006)做出的有關(guān)伽馬暴脈沖硬度系數(shù)演化規(guī)律的若干預(yù)言。這是從另一個(gè)角度來(lái)研究伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜之間關(guān)系的一個(gè)工作。Qinet al.(2006)研究了火球曲率效應(yīng)模型中譜硬度在一個(gè)脈沖中隨時(shí)間變化的規(guī)律,據(jù)此做了若干預(yù)言。為了能夠討論譜硬度在一個(gè)脈沖中的演化細(xì)節(jié),他們定義了一個(gè)稱為RHR(raw hardness ratio)的物理量,發(fā)現(xiàn)RHR曲線隨相應(yīng)的源其譜的硬軟程度而呈現(xiàn)不同形態(tài),其中非常硬的源其RHR曲線表現(xiàn)為一個(gè)無(wú)凹陷的完整的脈沖,而硬譜源其RHR則表現(xiàn)為一個(gè)在其下降段有凹陷的脈沖,而軟譜源其RHR曲線僅有凹陷而無(wú)脈沖。在他們的工作中,僅有少數(shù)幾個(gè)觀測(cè)例子得到討論。他們所預(yù)言的現(xiàn)象是否能夠在一個(gè)較大樣本中得到證實(shí)還不得而知。為了對(duì)Qin et al.(2006)的預(yù)言在統(tǒng)計(jì)上做出檢驗(yàn),我們選擇了由Kocevskiet al.(2003)給出的著名的伽馬暴脈沖樣本,此樣本中的脈沖光變曲線已在前人的工作中被證實(shí)是與火球曲率效應(yīng)所預(yù)言的觀測(cè)特征相吻合。從該樣本我們得到66個(gè)伽馬暴脈沖。這些脈沖的已減除背景的光變曲線數(shù)據(jù)由BATSE網(wǎng)站提供。根據(jù)Qin et al.(2006),我們對(duì)去背景的光變曲線數(shù)據(jù)加入一個(gè)給定的常量背景數(shù)據(jù),利用這些數(shù)據(jù)求得RHR(這樣可以保證硬度比的定義中不會(huì)有分母為零的現(xiàn)象出現(xiàn))。在得到的66個(gè)源的RHR曲線中,除了兩個(gè)可能因?yàn)樽V硬度信號(hào)過(guò)低無(wú)法辨認(rèn)外,其余64個(gè)源均呈現(xiàn)Qin et al.(2006)所預(yù)言的形態(tài)。仿照Qin et al.(2006),我們將這64個(gè)源分為三類(lèi):第一類(lèi)源的RHR呈現(xiàn)出無(wú)凹陷的完整的脈沖,第二類(lèi)源的RHR為一個(gè)在其下降段有凹陷的脈沖,而第三類(lèi)源的RHR曲線僅有凹陷而無(wú)脈沖。在Qin et al.(2006)的預(yù)言中,這三類(lèi)源的譜硬度是不同的,其中第一類(lèi)最硬,第二類(lèi)次之,第三類(lèi)最軟。為了檢驗(yàn)這一預(yù)言,我們計(jì)算它們的硬度比HR。與RHR不同的是,HR是個(gè)時(shí)間積分,能夠較粗略地判斷譜的軟硬程度。(注意,在我們的分類(lèi)中,我們僅僅根據(jù)RHR曲線的形態(tài)而不是RHR的數(shù)值,如RHR的峰值,進(jìn)行判斷。)我們做了這三類(lèi)源的HR分布圖并對(duì)這些分布做了K-S檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)第二類(lèi)源確實(shí)比第三類(lèi)源硬,第一類(lèi)源數(shù)目太少(3個(gè)源)未能做統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),但從它們的HR值還是看得出來(lái)它們是相對(duì)較硬的。此外,我們的研究還證實(shí)了Qin et al.(2006)中的另一個(gè)基于火球曲率效應(yīng)的預(yù)言,即第一和第二類(lèi)源的RHR峰值先于光變曲線的峰值出現(xiàn)。我們的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)是RHR曲線的最小值比傳統(tǒng)采用的HR對(duì)分辨脈沖的軟硬程度更為敏感。我們建議根據(jù)RHR的曲線的形態(tài)或(和)RHR的最小值,fm2將伽馬暴脈沖分為三類(lèi)。普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為,伽馬暴脈沖產(chǎn)生于內(nèi)激波或外激波。激波通過(guò)同步輻射將部分運(yùn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為輻射能。脈沖的硬度很可能與激波強(qiáng)弱有關(guān)與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。因此將脈沖如此分類(lèi)將在一定程度上把光變曲線和物理過(guò)程聯(lián)系了起來(lái)。這一工作的創(chuàng)新點(diǎn)是從統(tǒng)計(jì)上檢驗(yàn)由曲率效應(yīng)預(yù)言的伽馬暴脈沖硬度比演化曲線的形態(tài)及其分類(lèi),所得到的RHR曲線的最小值比傳統(tǒng)采用的HR對(duì)分辨脈沖的軟硬程度更為敏感的結(jié)論為首次發(fā)現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（云南天文臺(tái)）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：P172.3
【圖文】：

同時(shí)對(duì)于伽馬暴的研究也成為了當(dāng)代天文學(xué)研究中的一大熱門(mén)領(lǐng)域。B刃rSE在其一生當(dāng)中共監(jiān)測(cè)到了2704個(gè)伽馬暴，并且通過(guò)對(duì)這些暴的角分析發(fā)現(xiàn)GRB的角分布是各向同性的(見(jiàn)圖1.1)。由于太陽(yáng)不在銀河系的中心，如果伽馬暴起源于銀河系內(nèi)，它就不會(huì)滿足各向同性分布，因此科學(xué)家們推斷伽馬暴是起源于宇宙學(xué)距離上的事件【9一‘2}，這一設(shè)想也被后來(lái)發(fā)現(xiàn)的伽馬暴余輝

伽馬暴是河外源。伽馬暴至少可以分為長(zhǎng)暴(Too大于2秒)和短暴(Too小于2秒)兩大類(lèi)卿刪。見(jiàn)劍橋大學(xué)出版社2007年剛出版的教科書(shū)《Introductionto Hish-EnergyAstrop娜sics》，書(shū)中引用的圖說(shuō)明了兩類(lèi)暴的存在(見(jiàn)圖1.2陣])�，F(xiàn)在一般認(rèn)為短暴起源于兩中子星或兩個(gè)黑洞之間的并合，而長(zhǎng)暴則與大質(zhì)量星坍縮有關(guān)lls，25，26!。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，一部分長(zhǎng)暴可能與超新星爆發(fā)有關(guān)因。而到目前為止，相對(duì)論火球的內(nèi)、外激波模型可以基本解釋觀測(cè)到的伽馬暴和余輝現(xiàn)象lls!。此外，通過(guò)觀測(cè)到的余輝光變曲線的拐折現(xiàn)象，人們認(rèn)為伽馬暴很可能起源于相對(duì)論噴流陽(yáng)一3ol。不過(guò)，伽馬暴研究中的很多重要的問(wèn)題至今沒(méi)有解決125

圖2.1:CGRo示意圖，同時(shí)給出了該衛(wèi)星的x、y、z軸lall。2.1.1BurstAnd介ansientSoureeExperiment(BATSE)在CGRO衛(wèi)星上裝載的四個(gè)觀測(cè)儀器中，BATSE是極為重要的(具網(wǎng)站httP://cosso.gsfc.nasa.gov/cossc/batse)，它是專(zhuān)門(mén)為探測(cè)伽馬們的時(shí)間和能譜特性而設(shè)計(jì)的，它的分辨率比以往的儀器都高得多它探測(cè)到伽馬暴的概率，BATSE由八個(gè)位于CGR()的八個(gè)角上的探成，因此能覆蓋全部天區(qū)。每個(gè)組件和衛(wèi)星的Z軸成54.70角以致于這成一個(gè)八面體，這使得任何給定的暴均能被BATSE探測(cè)器觀測(cè)到，該事件的跟蹤定位精度達(dá)到幾度。在CGRO衛(wèi)星運(yùn)行的9年里，BATSE探測(cè)到了大量的數(shù)據(jù)。利用B，很多伽馬暴的統(tǒng)計(jì)分析得以進(jìn)行。本論文的研究部分采用的數(shù)ATSE儀器所搜集的。(詳見(jiàn)Kanekot32】的畢業(yè)論文對(duì)BATSE的介紹。在BATSE中，LAD是它的主要探測(cè)器。LAD較大的面積使得它比光

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2745937