X射線天體物理數(shù)據(jù)分析與實驗研究
發(fā)布時間：2020-07-21 22:34
【摘要】： 本論文工作涉及X射線天體物理學觀測數(shù)據(jù)的分析處理和實驗研究,包括數(shù)據(jù)處理方法研究、數(shù)據(jù)分析與物理模型研究和實驗物理設計研究三個主要部分。 硬度比是反映天體X射線輻射能譜信息的一個重要物理量。在論文的數(shù)據(jù)處理方法研究部分,針對低計數(shù)條件下數(shù)據(jù)處理的特殊性,提出了一種適用于低計數(shù)條件的估計硬度比的新方法。通過蒙特卡羅模擬,驗證了新方法相對于傳統(tǒng)方法在低計數(shù)條件時的優(yōu)越性,并介紹和展望了新方法在X射線天體物理學上的應用。 隨后,在論文的數(shù)據(jù)分析與物理模型研究部分,對黑洞X射線雙星系統(tǒng)XTE J1550-564在2000年的一次X射線輻射觀測數(shù)據(jù)進行了分析研究。通過時變分析、能譜分析等手段,發(fā)現(xiàn)這個源的X射線輻射中存在著一般黑洞雙星系統(tǒng)X射線輻射中很少見的毫秒量級光變和很軟的能譜成份。同時,在這個源的同一次觀測中還發(fā)現(xiàn)了一個長約100秒的耀發(fā)(flare)�；趯�(shù)據(jù)的分析,對吸積流上的物理過程和可能存在的大尺度磁場進行了討論,提出了一個模型來解釋這些觀測現(xiàn)象。 論文的實驗研究部分主要針對我國正在進行的大型X射線天文實驗工程項目——硬X射線調制望遠鏡HXMT的物理設計。在軌本底是HXMT的重要參數(shù),直接影響衛(wèi)星的主要科學性能。本文通過蒙特卡羅模擬的方法,對衛(wèi)星高能探測器的在軌本底進行了分析計算,給出了本底分析結果。在此基礎之上,對衛(wèi)星的一些關鍵技術,如軌道傾角選擇、準直器方案優(yōu)化、荷電粒子反符合屏蔽系統(tǒng)設計、“大信號”計數(shù)率與死時間等,進行了物理優(yōu)化設計。這些結果已經應用在HXMT工程中。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：P172.2
【圖文】：
0 0 0 0 0 0∑ ∑∑ ∑∑∑∞=∞=∞=∞=∞ ∞= =+++j j k j k lijijjkijikjklijikilXGuGuuGuuu（1-1）其中iu 是一系列獨立隨機變量，jkG 、jklG 以及更高階的系數(shù)均不為 0；這樣的模型模擬出的光變曲線中能得到 rms-flux 的正比關系（見圖 1.1 右）；如果產生X 射線的機制是一些獨立“元過程”的疊加（即 1-1 式中jkG 、jklG 以及更高階的系數(shù)均等于 0 的情況），則產生的 X 射線中得不到 rms-flux 的線性正比關系。之后，張雙南[8]在太陽耀斑和伽馬射線暴的 X 射線光變中也發(fā)現(xiàn)了這種 rms-flux的正比關系。)
黑洞雙星系統(tǒng)中的磁場強度的估計目前還沒有定論，通常的做法是假設能均分，即假設磁場壓等于氣體壓，也就是：，pmBkTμρπ=82（3-16）中k 是波爾茲曼常數(shù)，T 是氣體溫度，μ 是氣體的平均分子量，pm 是質子質。假設 kT =1keV， μ =1.25（氫和氦的比例按宇宙中兩種元素的豐度估計， 3：1），這樣估計出的磁場強度約為 1.910G8B ≈×，與根據(jù)這個耀發(fā)估計出的大尺度磁場的強度一個量級。在上面提出的模型中，大尺度磁場是一個很關鍵的因素。我們注意到在黑雙星系統(tǒng)中很少發(fā)現(xiàn)這種長約 100 s 的耀發(fā)，這一事實提示我們，在黑洞雙圖 3.14 黑洞、吸積流和大尺度磁場示意圖
4.1 本章引論無論是數(shù)據(jù)處理方法還是數(shù)據(jù)分析結果、物理模型，這些都是建立在實驗觀測數(shù)據(jù)的基礎上的。從本章起將介紹在 X 射線天體物理學實驗方面的工作，研究對象是我國第一顆天文衛(wèi)星 HXMT，同時它也是目前國際上 X 射線天文領域一個非常重要的大型實驗項目。4.1.1 HXMT 衛(wèi)星結構HXMT 衛(wèi)星由衛(wèi)星平臺和有效載荷構成，其中有效載荷主要包括高能 X 射線望遠鏡（HE）、中能 X 射線望遠鏡（ME）、低能 X 射線望遠鏡（LE）這三個X 射線探測儀器（主載荷），空間環(huán)境監(jiān)測儀（SEM），此外還有可能的 X 射線計劃望遠鏡（PO）等。圖 4.1 是 HXMT 衛(wèi)星和主有效載荷的示意圖。其中高能X 射線望遠鏡（HE）是 HXMT 衛(wèi)星最重要的有效載荷和最核心的觀測儀器，也是本論文中主要討論的儀器，本節(jié)將主要介紹 HE 的結構。
本文編號：2764911
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：P172.2
【圖文】：
0 0 0 0 0 0∑ ∑∑ ∑∑∑∞=∞=∞=∞=∞ ∞= =+++j j k j k lijijjkijikjklijikilXGuGuuGuuu（1-1）其中iu 是一系列獨立隨機變量，jkG 、jklG 以及更高階的系數(shù)均不為 0；這樣的模型模擬出的光變曲線中能得到 rms-flux 的正比關系（見圖 1.1 右）；如果產生X 射線的機制是一些獨立“元過程”的疊加（即 1-1 式中jkG 、jklG 以及更高階的系數(shù)均等于 0 的情況），則產生的 X 射線中得不到 rms-flux 的線性正比關系。之后，張雙南[8]在太陽耀斑和伽馬射線暴的 X 射線光變中也發(fā)現(xiàn)了這種 rms-flux的正比關系。)
黑洞雙星系統(tǒng)中的磁場強度的估計目前還沒有定論，通常的做法是假設能均分，即假設磁場壓等于氣體壓，也就是：，pmBkTμρπ=82（3-16）中k 是波爾茲曼常數(shù)，T 是氣體溫度，μ 是氣體的平均分子量，pm 是質子質。假設 kT =1keV， μ =1.25（氫和氦的比例按宇宙中兩種元素的豐度估計， 3：1），這樣估計出的磁場強度約為 1.910G8B ≈×，與根據(jù)這個耀發(fā)估計出的大尺度磁場的強度一個量級。在上面提出的模型中，大尺度磁場是一個很關鍵的因素。我們注意到在黑雙星系統(tǒng)中很少發(fā)現(xiàn)這種長約 100 s 的耀發(fā)，這一事實提示我們，在黑洞雙圖 3.14 黑洞、吸積流和大尺度磁場示意圖
4.1 本章引論無論是數(shù)據(jù)處理方法還是數(shù)據(jù)分析結果、物理模型，這些都是建立在實驗觀測數(shù)據(jù)的基礎上的。從本章起將介紹在 X 射線天體物理學實驗方面的工作，研究對象是我國第一顆天文衛(wèi)星 HXMT，同時它也是目前國際上 X 射線天文領域一個非常重要的大型實驗項目。4.1.1 HXMT 衛(wèi)星結構HXMT 衛(wèi)星由衛(wèi)星平臺和有效載荷構成，其中有效載荷主要包括高能 X 射線望遠鏡（HE）、中能 X 射線望遠鏡（ME）、低能 X 射線望遠鏡（LE）這三個X 射線探測儀器（主載荷），空間環(huán)境監(jiān)測儀（SEM），此外還有可能的 X 射線計劃望遠鏡（PO）等。圖 4.1 是 HXMT 衛(wèi)星和主有效載荷的示意圖。其中高能X 射線望遠鏡（HE）是 HXMT 衛(wèi)星最重要的有效載荷和最核心的觀測儀器，也是本論文中主要討論的儀器，本節(jié)將主要介紹 HE 的結構。
【引證文獻】
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1 董愛軍;蓋寧;張福安;;黑洞候選體X射線雙星Cyg X-1硬度比周期特性研究[J];天文學報;2012年05期
本文編號：2764911
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