【摘要】： 伽馬暴是一種來自宇宙深處的伽馬射線在短時間內突然增強的現象,是目前觀測到的宇宙間最劇烈的爆發(fā)現象。伽馬暴在1967年首次被探測,由于它的極端高能,極短時標,巨大的輻射能等觀測特征,使得現有天體物理學模型面對新的挑戰(zhàn),對伽馬暴的研究因此具有巨大的誘惑力。本文首先對伽馬暴領域的主要研究成果(包括觀測的與理論的成果)進行了綜述,然后詳細介紹了本人在攻讀博士學位期間從兩個不同的角度來探討伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜之間的關系所做的兩個研究工作。 第一個工作是探討局域脈沖(local pulse)的半峰全寬FWHM與冪率指數α之間的關系。統(tǒng)計研究發(fā)現伽馬暴脈沖的半峰寬度與能量存在指數約為α=0.4的冪率關系。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系的。以往的研究涉及到的脈沖數據為直接的觀測值,而由于火球曲率效應的作用,該觀測值是火球不同地方產生的局域脈沖的疊加。要了解光變曲線和能譜之間更本質的聯系,我們應以局域脈沖為研究對象。我們想知道局域脈沖到底與什么物理量存在聯系。我們將研究對象鎖定在典型伽馬暴單峰源中,這些源的光變曲線呈現快速上升指數下降的形態(tài)(通常稱為FRED形態(tài))。我們選擇七個在其它文獻中已被詳細研究的單峰源,其中六個單峰源的局域脈沖已通過考慮曲率效應的輻射流量公式對觀測數據的擬合而獲得,而余下的一個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α并根據所給的局域脈沖求得其半峰寬度FWHM。我們發(fā)現局域脈沖的FWHM與冪率指數α之間存在反相關關系。這一關系未曾被火球曲率效應所預言,亦沒有其它模型做出過預言。該關系來源于對七個源的研究,需要更大的樣本對之進行驗證。不管怎樣,探討局域脈沖的特性與觀測脈沖寬度對能量的依賴程度之間的關系為我們提供了一個研究伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜關系的新的視角。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值得到的冪率指數之間的關系,所得二者之間存在的相關關系即為新發(fā)現的一種關系。 第二個工作是利用由Kocevski et al.(2003)給出的著名的伽馬暴脈沖樣本檢驗Qin et al.(2006)做出的有關伽馬暴脈沖硬度系數演化規(guī)律的若干預言。這是從另一個角度來研究伽馬暴光變曲線與伽馬暴能譜之間關系的一個工作。Qinet al.(2006)研究了火球曲率效應模型中譜硬度在一個脈沖中隨時間變化的規(guī)律,據此做了若干預言。為了能夠討論譜硬度在一個脈沖中的演化細節(jié),他們定義了一個稱為RHR(raw hardness ratio)的物理量,發(fā)現RHR曲線隨相應的源其譜的硬軟程度而呈現不同形態(tài),其中非常硬的源其RHR曲線表現為一個無凹陷的完整的脈沖,而硬譜源其RHR則表現為一個在其下降段有凹陷的脈沖,而軟譜源其RHR曲線僅有凹陷而無脈沖。在他們的工作中,僅有少數幾個觀測例子得到討論。他們所預言的現象是否能夠在一個較大樣本中得到證實還不得而知。為了對Qin et al.(2006)的預言在統(tǒng)計上做出檢驗,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是與火球曲率效應所預言的觀測特征相吻合。從該樣本我們得到66個伽馬暴脈沖。這些脈沖的已減除背景的光變曲線數據由BATSE網站提供。根據Qin et al.(2006),我們對去背景的光變曲線數據加入一個給定的常量背景數據,利用這些數據求得RHR(這樣可以保證硬度比的定義中不會有分母為零的現象出現)。在得到的66個源的RHR曲線中,除了兩個可能因為譜硬度信號過低無法辨認外,其余64個源均呈現Qin et al.(2006)所預言的形態(tài)。仿照Qin et al.(2006),我們將這64個源分為三類:第一類源的RHR呈現出無凹陷的完整的脈沖,第二類源的RHR為一個在其下降段有凹陷的脈沖,而第三類源的RHR曲線僅有凹陷而無脈沖。在Qin et al.(2006)的預言中,這三類源的譜硬度是不同的,其中第一類最硬,第二類次之,第三類最軟。為了檢驗這一預言,我們計算它們的硬度比HR。與RHR不同的是,HR是個時間積分,能夠較粗略地判斷譜的軟硬程度。(注意,在我們的分類中,我們僅僅根據RHR曲線的形態(tài)而不是RHR的數值,如RHR的峰值,進行判斷。)我們做了這三類源的HR分布圖并對這些分布做了K-S檢驗,發(fā)現第二類源確實比第三類源硬,第一類源數目太少(3個源)未能做統(tǒng)計檢驗,但從它們的HR值還是看得出來它們是相對較硬的。此外,我們的研究還證實了Qin et al.(2006)中的另一個基于火球曲率效應的預言,即第一和第二類源的RHR峰值先于光變曲線的峰值出現。我們的一個意外發(fā)現是RHR曲線的最小值比傳統(tǒng)采用的HR對分辨脈沖的軟硬程度更為敏感。我們建議根據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。普遍的觀點認為,伽馬暴脈沖產生于內激波或外激波。激波通過同步輻射將部分運動能轉化為輻射能。脈沖的硬度很可能與激波強弱有關與磁場強度有關。因此將脈沖如此分類將在一定程度上把光變曲線和物理過程聯系了起來。這一工作的創(chuàng)新點是從統(tǒng)計上檢驗由曲率效應預言的伽馬暴脈沖硬度比演化曲線的形態(tài)及其分類,所得到的RHR曲線的最小值比傳統(tǒng)采用的HR對分辨脈沖的軟硬程度更為敏感的結論為首次發(fā)現。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（云南天文臺）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：P172.3
【圖文】：

同時對于伽馬暴的研究也成為了當代天文學研究中的一大熱門領域。B刃rSE在其一生當中共監(jiān)測到了2704個伽馬暴，并且通過對這些暴的角分析發(fā)現GRB的角分布是各向同性的(見圖1.1)。由于太陽不在銀河系的中心，如果伽馬暴起源于銀河系內，它就不會滿足各向同性分布，因此科學家們推斷伽馬暴是起源于宇宙學距離上的事件【9一‘2}，這一設想也被后來發(fā)現的伽馬暴余輝

伽馬暴是河外源。伽馬暴至少可以分為長暴(Too大于2秒)和短暴(Too小于2秒)兩大類卿刪。見劍橋大學出版社2007年剛出版的教科書《Introductionto Hish-EnergyAstrop娜sics》，書中引用的圖說明了兩類暴的存在(見圖1.2陣])�，F在一般認為短暴起源于兩中子星或兩個黑洞之間的并合，而長暴則與大質量星坍縮有關lls，25，26!。觀測發(fā)現，一部分長暴可能與超新星爆發(fā)有關因。而到目前為止，相對論火球的內、外激波模型可以基本解釋觀測到的伽馬暴和余輝現象lls!。此外，通過觀測到的余輝光變曲線的拐折現象，人們認為伽馬暴很可能起源于相對論噴流陽一3ol。不過，伽馬暴研究中的很多重要的問題至今沒有解決125

圖2.1:CGRo示意圖，同時給出了該衛(wèi)星的x、y、z軸lall。2.1.1BurstAnd介ansientSoureeExperiment(BATSE)在CGRO衛(wèi)星上裝載的四個觀測儀器中，BATSE是極為重要的(具網站httP://cosso.gsfc.nasa.gov/cossc/batse)，它是專門為探測伽馬們的時間和能譜特性而設計的，它的分辨率比以往的儀器都高得多它探測到伽馬暴的概率，BATSE由八個位于CGR()的八個角上的探成，因此能覆蓋全部天區(qū)。每個組件和衛(wèi)星的Z軸成54.70角以致于這成一個八面體，這使得任何給定的暴均能被BATSE探測器觀測到，該事件的跟蹤定位精度達到幾度。在CGRO衛(wèi)星運行的9年里，BATSE探測到了大量的數據。利用B，很多伽馬暴的統(tǒng)計分析得以進行。本論文的研究部分采用的數ATSE儀器所搜集的。(詳見Kanekot32】的畢業(yè)論文對BATSE的介紹。在BATSE中，LAD是它的主要探測器。LAD較大的面積使得它比光

【共引文獻】

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本文編號：2745937