星風(fēng)碰撞雙星(Colliding Wind Binary)通常是由大質(zhì)量的早型星(OB型星)和沃爾夫-拉葉星(Wolf-Rayet stars,WR stars)組成的雙星或者多星系統(tǒng)。其中間存在一個(gè)子恒星星風(fēng)相互碰撞產(chǎn)生的區(qū)域,該區(qū)域的激波會(huì)把粒子加速至相對(duì)論性能量,通過同步加速輻射或者逆康普頓散射等機(jī)制致冷,產(chǎn)生非熱的射電、X射線甚至伽瑪射線輻射,同時(shí)該區(qū)域產(chǎn)生的相對(duì)論性粒子對(duì)我們研究粒子加速機(jī)制、宇宙線來源以及高能輻射具有重要的意義。在本論文中,我們首先介紹了星風(fēng)碰撞雙星的背景知識(shí),包括其結(jié)構(gòu)及演化,射電、X射線以及伽瑪射線源的觀測(cè)結(jié)果以及理論分析。其中我們重點(diǎn)介紹了唯一確定的伽瑪射線源η Carinae。為了尋找另外來自星風(fēng)碰撞雙星的伽瑪射線輻射,我們利用Fermi-LAT長達(dá)九年的觀測(cè)數(shù)據(jù),處理分析了 18例粒子加速星風(fēng)碰撞雙星,我們發(fā)現(xiàn)在CENI的空間位置上存在著明顯的GeV輻射。在1 GeV-500GeV能量范圍內(nèi),6.7σ置信度上其積分光子流量為(1.49±0.32)×10-9phcm-2s-1,此源的能譜在10-20GeV之間存在截?cái)?其能譜可由r=2.36 ±0.16單一冪律譜擬合,在高于20GeV仍有流量超出,這一特征與另一伽瑪射線源η Carinae相似,因此CEN 1的高能輻射也極可能來自于π0介子衰變產(chǎn)生的強(qiáng)子加速,CEN 1極有可能是另一顆有高能伽瑪射線輻射的星風(fēng)碰撞雙星。另外通過處理Fermi-LAT數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)另外17例星風(fēng)碰撞雙星的空間位置處沒有伽瑪射線輻射,我們給出了這些源的伽瑪射線流量上限。其中對(duì)于雙星系統(tǒng)9 Sgr,我們分別使用輕子起源:逆康普頓散射、相對(duì)論性韌致輻射和π0介子衰變的強(qiáng)子模型計(jì)算了其高能伽瑪射線輻射的流量,利用其觀測(cè)到的流量上限我們發(fā)現(xiàn)無法排除任何一種輻射機(jī)制。最后,我對(duì)我們的工作進(jìn)行了總結(jié)與展望,對(duì)CEN 1高能輻射機(jī)制的研究需要更多設(shè)備的數(shù)據(jù)來佐證,例如TeV、PeV能段,需要HESS或者切倫科夫望遠(yuǎn)鏡CTA等設(shè)備的數(shù)據(jù)來支撐。我們下一步還可以對(duì)更多的星風(fēng)碰撞雙星候選體的伽馬射線數(shù)據(jù)處理進(jìn)而研究其輻射起源。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P153
【部分圖文】：

圖１．１：星風(fēng)碰撞雙星ＷＲ＋ＯＢ的結(jié)構(gòu)示意圖（？／《１）丨３司，ｎ和〇分別為ＷＲ和０Ｂ星到??星風(fēng)碰撞區(qū)的距離。Ｃ是星風(fēng)碰撞接觸面，Ｓ為激波面，§為激波面的圓錐角。??圖１．２更形象得顯示了不同的動(dòng)量之比對(duì)弓形的星風(fēng)碰撞區(qū)域的物質(zhì)密度??分布影響。圖（ａ）是？７為１時(shí)的星風(fēng)碰撞區(qū)形狀模擬，即星風(fēng)的動(dòng)量比為１，雙??星的星風(fēng)速度相等，激波與連續(xù)不接觸面的張角達(dá)到了?１９°。圖（ｂ）是ｒ？為０．１??時(shí)的激波形狀模擬，即星風(fēng)的動(dòng)量比為０．１，激波面以弓形向次星彎曲。圖（ｃ）??是？７為〇．〇１時(shí)的激波形狀模擬，可以看出激波平面的弓形偏向于次星的角度更??大，次星的星風(fēng)完全激波化大約在ｒ／＜０．０２。目前對(duì)于張角６？與動(dòng)量比？７并沒有??準(zhǔn)確測(cè)量，但是有人嘗試通過模擬來給出之間的關(guān)系。假設(shè)這些沖擊具有高輻??射（因此在空間上與ＣＤ重合丨４５丨），并基于動(dòng)量守恒計(jì)算它們的位置給出了解??析表達(dá)式［３８］：??

?Ｄ?＾??圖１．１：星風(fēng)碰撞雙星ＷＲ＋ＯＢ的結(jié)構(gòu)示意圖（？／《１）丨３司，ｎ和〇分別為ＷＲ和０Ｂ星到??星風(fēng)碰撞區(qū)的距離。Ｃ是星風(fēng)碰撞接觸面，Ｓ為激波面，§為激波面的圓錐角。??圖１．２更形象得顯示了不同的動(dòng)量之比對(duì)弓形的星風(fēng)碰撞區(qū)域的物質(zhì)密度??分布影響。圖（ａ）是？７為１時(shí)的星風(fēng)碰撞區(qū)形狀模擬，即星風(fēng)的動(dòng)量比為１，雙??星的星風(fēng)速度相等，激波與連續(xù)不接觸面的張角達(dá)到了?１９°。圖（ｂ）是ｒ？為０．１??時(shí)的激波形狀模擬，即星風(fēng)的動(dòng)量比為０．１，激波面以弓形向次星彎曲。圖（ｃ）??是？７為〇．〇１時(shí)的激波形狀模擬，可以看出激波平面的弓形偏向于次星的角度更??大，次星的星風(fēng)完全激波化大約在ｒ／＜０．０２。目前對(duì)于張角６？與動(dòng)量比？７并沒有??準(zhǔn)確測(cè)量，但是有人嘗試通過模擬來給出之間的關(guān)系。假設(shè)這些沖擊具有高輻??射（因此在空間上與ＣＤ重合丨４５丨）

目前被觀測(cè)到且被認(rèn)證的星風(fēng)碰撞雙星為數(shù)不多，其中有幾個(gè)典型的源??Ｃａｒｉｎａｅ［４０］、ＷＲ?１１?（又名７２?Ｖｅｌｏｒｕｍ?［９０］）和ＷＲ?１４０［５１］，ＷＲ?１４０和７？?Ｃａｒ是??目前被觀測(cè)到非熱硬Ｘ射線的星風(fēng)碰撞雙星。圖１．４中，長點(diǎn)化線是逆康普頓??散射成分，短點(diǎn)化線是相對(duì)論軔致輻射成分，點(diǎn)線是０介子衰變的成分，實(shí)線??部分是所有成分綜合考慮的能譜，可以看出，ＷＲ?１４０多波段的能譜可以用逆??康普頓散射以及強(qiáng)子成分來解釋。??理論上大量相對(duì)論性電子的存在會(huì)導(dǎo)致非熱的高能７－ｒａｙ通常由兩種不同??的機(jī)制模型產(chǎn)生：輕子模型和強(qiáng)子模型。輕子模型主要是大質(zhì)量雙星的強(qiáng)紫外??或者可見光輻射場(chǎng)產(chǎn)生的逆康普頓散射（１Ｃ），可加速高能光子到幾個(gè)ＧｅＶ量??級(jí)。強(qiáng)子模型是則是大量相對(duì)論性質(zhì)子與星際介質(zhì)中的質(zhì)子相互作用產(chǎn)生＃介??子，進(jìn)一步發(fā)生衰變，有效地產(chǎn)生伽瑪射線。??
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