本文關(guān)鍵詞：伽瑪射線暴的早期余輝理論及其應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 伽瑪射線暴 同步輻射 非熱輻射 黑洞 磁場

【摘要】：伽瑪射線暴(簡稱伽瑪暴)是指來自宇宙空間的伽瑪射線波段的突然爆發(fā)現(xiàn)象,它的持續(xù)時間從毫秒量級到幾千秒不等。根據(jù)紅移測量發(fā)現(xiàn)目前紅移分布為0.0085-9.4,而其各相同性光度的典型值約為1051-1052 erg/s,是自宇宙大爆炸以來最為猛烈的爆發(fā)事件。自1967年被探測以來,伽瑪暴及其相關(guān)爆發(fā)現(xiàn)象一直是天文學(xué)領(lǐng)域最熱點問題之一。但是伽瑪暴的研究歷史卻充滿著機遇、驚喜和挑戰(zhàn)。經(jīng)過幾十年的觀測積累和理論方面的研究,伽瑪暴的神秘面紗逐步被揭開。盡管該領(lǐng)域還存在一些不確定性因素,但是一個逐步清晰的伽瑪暴理論框架已經(jīng)構(gòu)建開來,特別是余輝模型及其對于多波段余輝輻射的解釋。本論文主要介紹伽瑪暴的早期余輝理論模型及其應(yīng)用,內(nèi)容包括伽瑪暴以及余輝理論模型,暴周環(huán)境,X射線耀發(fā)的洛倫茲因子的限定,噴流成分等。論文包含以下幾部分：本文第一章介紹伽瑪暴領(lǐng)域的綜述,主要是伽瑪暴及其余輝的觀測和理論進展。首先介紹了不同階段的伽瑪暴以及余輝的觀測進展,特別是在Swift衛(wèi)星時期和Fermi衛(wèi)星時期的最新觀測現(xiàn)象。接下來詳細的介紹了伽瑪暴的內(nèi)激波、極早期余輝的正反激波輻射過程。最后還對伽瑪暴的前身星、中心引擎、伽瑪暴的分類以及一些經(jīng)驗關(guān)系做了簡單的介紹。第二章研究處在不確定的星際介質(zhì)中的早期余輝輻射,且利用早期余輝輻射來限定伽瑪暴的暴周環(huán)境。由于長暴起源于大質(zhì)量恒星的塌縮,所以長暴的暴周環(huán)境應(yīng)該是星風(fēng)環(huán)境或者均勻介質(zhì)情形。當伽瑪暴的火球殼層掃過周圍的星際介質(zhì)的時候會產(chǎn)生兩種激波：正向激波向前掃過周圍的星際介質(zhì),而反向激波向后掃過殼層物質(zhì)。在本章節(jié)中,我們主要討論的是這兩種激波的動力學(xué)演化和輻射。假設(shè)它們所處的環(huán)境是一般情形下的介質(zhì),其表達式為n∝ R-k(其中R是半徑),且考慮了厚殼層和薄殼層兩種情形。伽瑪暴早期余輝中呈現(xiàn)減速“Onset”特征的認為是外激波-正向激波作用的結(jié)果。所以我們可以利用擬合這些“Onset”鼓包來確定伽瑪暴的暴周環(huán)境。我們采用正向激波模型擬合了19個光學(xué)“Onset”樣本,所限定的κ值在0.4-1.4的范圍內(nèi),其中心值為1左右。這說明,長暴的暴周環(huán)境既不是κ=0的均勻介質(zhì)環(huán)境,也不是κ=2典型星風(fēng)環(huán)境。這也暗示了伽瑪暴的前身星可能經(jīng)歷一種新的質(zhì)量損失演化。第三章,在Swift衛(wèi)星時期的X射線余輝中發(fā)現(xiàn)了耀發(fā)現(xiàn)象,該現(xiàn)象也是標準X射線余輝的一部分。我們利用兩種方法來限定伽瑪暴X射線余輝輻射的洛倫茲因子。第一種方法,我們利用X射線耀發(fā)的持續(xù)時間和噴流拐折時間來限定洛倫茲因子的下限。第二種方法,通過假設(shè)伽瑪暴的噴流經(jīng)歷了充分的加速以后限定其洛倫茲因子的上限。我們重新估算了伽瑪暴的初始洛倫茲因子,發(fā)現(xiàn)公式的理論系數(shù)是1.67(ISM情形)和1.44(Wind情形),而不是通常算采用的系數(shù)2.我們發(fā)現(xiàn)所限定的X射線的洛倫茲因子和能量的相關(guān)性,從統(tǒng)計上來看,均勻介質(zhì)情形要比星風(fēng)介質(zhì)的情形要更為緊湊一些,但是都基本呈現(xiàn)出,滿足瞬時輻射階段的初始洛倫茲因子和各向同性能量的相關(guān)性。所以,我們的結(jié)論也表明,X射線耀發(fā)的起源和伽瑪暴的瞬時輻射階段一致。第四章,我們搜集了一批具有初始洛倫茲因子(r0,利用余輝的onset方法來限定)和噴流張角(θj,利用噴流拐折時間來限定)的伽瑪暴樣本。在本章節(jié)中,我們確認了Liang et al. (2010)中的Γ0-Eγ,iso相關(guān)性,以及Lu et al.(2012)中所提到的Γ0-Lγ,iso的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)之上,我們也得出了初始洛倫茲因子r0和噴流修正以后的各向同性能量(Eγ)以及噴流修正以后的各向同性平均光度(Lγ)之間的相關(guān)性。考慮了余輝的動能以后,我們發(fā)現(xiàn)初始洛倫茲因子r0和總的能量(γ段輻射加上余輝輻射)以及各向同性平均光度之間都基本存在相關(guān)性,盡管這兩個相關(guān)性彌散有點大。同時我們也考慮了這兩個經(jīng)過噴流修正以后的關(guān)系,而這兩個相關(guān)性是可以用來檢驗我們的伽瑪暴中心引擎模型。通過進一步限定樣本,要求這些伽瑪暴樣本的中心引擎盡可能的滿足黑洞系統(tǒng)的要求。通過樣本分析以及與伽瑪暴中心引擎的兩種理論模型的噴流驅(qū)動系統(tǒng)相比較,即：非磁化的雙中微子湮滅驅(qū)動和高度磁化的BZ機制驅(qū)動,我們發(fā)現(xiàn)所選擇的伽瑪暴樣本更符合BZ機制主導(dǎo)的高度磁化噴流模型,另外也討論了伽瑪暴的噴流成分的組成。第五章,我們把伽瑪暴早期余輝輻射理論應(yīng)用到了快速射電暴的余輝輻射�？焖偕潆姳┦且活愋滦偷谋l(fā)現(xiàn)象,它的物理起源現(xiàn)在還不清楚。所以如果能探測到它的多波段余輝輻射將會是至關(guān)重要的,這樣就可以確定它的距離以及物理起源。我們假設(shè)至少一些快速射電暴是宇宙學(xué)起源的,我們估算了它的多波段余輝輻射(包括X射線、光學(xué)和射電余輝),以及一組的能量和紅移分布。我們主要考慮的是正向激波的輻射,但是也考慮了一些快速射電暴可能也存在明亮的反向激波的輻射。一般來講,快速射電暴的余輝太弱而很難被現(xiàn)有的探測器探測到。由于快速射電暴的射電波段輻射效率比較低(所以就應(yīng)該初始動能比較大),只有距離我們足夠的近,我們才有可能探測到光學(xué)和射電余輝。我們也討論了對于觀測所帶來的挑戰(zhàn)以及利用未來即將升空的探測器來觀測比較微弱的快速射電暴的余輝輻射,比如Large Synoptic Survey Telescope 和Expanded Very Large Array。最后,結(jié)合本文中所介紹的工作,簡單介紹了目前伽瑪暴領(lǐng)域所存在的亟待解決的問題和對伽瑪暴發(fā)展前景的展望。
【關(guān)鍵詞】：伽瑪射線暴 同步輻射 非熱輻射 黑洞 磁場
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P142.6
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第一章 伽瑪射線暴研究現(xiàn)狀概述11-43
• 1.1 伽瑪暴的觀測進展11-18
• 1.1.1 發(fā)現(xiàn)時期(1967-1973)11-12
• 1.1.2 黑暗時期(1973-1991)12
• 1.1.3 BATSE時期(1991-1997)12-14
• 1.1.4 BeppoSAX時期(1997-2004)14-16
• 1.1.5 Swift時期(204-)16-18
• 1.1.6 Fermi時期(2008-)18
• 1.2 伽瑪暴的瞬時輻射和余輝輻射現(xiàn)象18-43
• 1.2.1 火球演化和內(nèi)激波的產(chǎn)生18-23
• 1.2.2 余輝模型23-27
• 1.2.3 多波段余輝的觀測27-36
• 1.2.4 伽瑪暴的分類36-39
• 1.2.5 經(jīng)驗關(guān)系39-43
• 第二章 暴周冪律衰減密度下的伽瑪暴早期余輝輻射43-65
• 2.1 引言43-44
• 2.2 極端相對論火球殼層以及和它相互作用的周圍介質(zhì)的動力學(xué)演化44-50
• 2.2.1 厚殼層情形(ξ<1)47-49
• 2.2.2 薄殼層情形(ξ>1)49-50
• 2.3 正、反激波的輻射50-54
• 2.3.1 反向激波輻射51-52
• 2.3.2 正向激波輻射52-54
• 2.4 樣本分析54-61
• 2.4.1 GRB 06060556-57
• 2 4.2 GRB 081203A57-59
• 2.4.3 GRB 07103159-61
• 2.5 討論61-62
• 2.6 結(jié)論62-65
• 第三章 限定伽瑪暴X射線余輝耀發(fā)的洛倫茲因子65-77
• 3.1 引言65-66
• 3.2 估算初始洛倫茲因子66-68
• 3.3 限定X射線耀發(fā)的洛倫茲因子的方法68-70
• 3.4 樣本研究70-72
• 3.5 討論72-73
• 3.6 結(jié)論73-77
• 第四章 洛倫茲因子和噴流修正后能量/光度的相關(guān)性以及對伽瑪暴中心引擎模型的解釋77-91
• 4.1 引言77-78
• 4.2 樣本選取和一些相關(guān)性78-81
• 4.3 黑洞的中心引擎模型81-85
• 4.4 結(jié)論和討論85-91
• 第五章 快速射電暴的多波段余輝輻射91-99
• 5.1 引言91
• 5.2 理論模型91-94
• 5.3 結(jié)果94-95
• 5.4 歸納和結(jié)論95-99
• 第六章 問題與展望99-103
• 參考文獻103-117
• 文章目錄117-119
• 致謝119-121

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 ;Short-living Supermassive Magnetar Model for the Early X-ray Flares Following Short GRBs[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;2006年05期

，

本文編號：863754