伽玛射线暴与恒星形成率的相关性研究

发布时间：2017-12-23 09:33

本文关键词：伽玛射线暴与恒星形成率的相关性研究　出处：《中国科学技术大学》2013年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：伽玛射线暴(简称伽玛暴)是目前观测到的宇宙中最剧烈的爆发现象,是一种来自宇宙空间中的伽玛射线在短时间内突然增强的现象。伽玛暴自从1967年首次被探测到以来,就成为了天文观测和理论研究的焦点之一。四十多年来,随着越来越多的伽玛暴的探测,特别是在Swift和Fermi卫星的发射之后,对伽玛暴的研究已经取得了巨大的进步,但仍然还有很多问题没有被认识清楚,包括伽玛暴的中心引擎问题等本质问题。本文基于最新的伽玛暴观测数据,利用伽玛暴与恒星形成率的相关性,对伽玛暴的前身星的性质给出了最新的限制。我们首先在第一章简单的回顾了伽玛暴的研究历史,然后在第二章介绍了伽玛暴及其宿主星系的主要观测特征,在第三章介绍了描述这些观测结果的基本的理论模型。在第四和第五章分别详细介绍了我在博士期间做的探讨长暴和短暴前身星性质的两个研究工作。第一个工作是对长暴的前身星的金属丰度的限制。基于由最新观测到的162个长暴所组成的大样本和一个简单的金属丰度演化模型,我们分析了不同的金属丰度截断和各种恒星形成率模型(包括两个经验模型和一个自洽的解析模型)对长暴率的影响。通过与观测的比较,我们发现了一个相当高的金属丰度截断(Zth0.6%),这与之前要求有一个很强的金属丰度截断(～0.1-0.3Z(?))的研究结果不同。特别是对解析的恒星形成率模型来说,从其得到的长暴率与观测符合的非常好,而金属丰度截断的影响是完全不需要考虑的。我们的这些分析结果显示长暴可能其实并不倾向于在低金属丰度的环境中产生,相反他们可以在任何类型的恒星形成星系中发生,这与之前的研究不同。这些结果还显示,从这种与恒星形成率的比较中所得出的金属丰度倾向,强烈的依赖于所采用的恒星形成率模型。在宿主星系的观测中发现的这种低金属丰度倾向很可能只是一种选择效应,因为我们发现,如果假设有相当一部分长暴是在暗弱星系里面发生的,也可以自然的解解长暴率与恒星形成率的差异,但这个结论还有待更多观测的验证。第二个工作是对短暴前身星的延迟时间的限制。基于30个Swift短暴所组成的样本(目前为止最完整的),我们拟合了短暴的光度函数。利用这个光度函数,我们分析了各种参数化的时间延迟模型(对数正态分布或幂律分布)。通过与观测样本的比较,最后我们发现,幂律分布的延迟模型和特征时标为T*=3Gyr的窄对数正态分布延迟模型都可以与观测符合得很好。这与之前的研究结果不同。特别是,幂律分布的延迟时间强烈的肯定了“原初”双中子星系统作为短暴的前身星系统的可能性。由于特征时标为T*=3Gyr的对数正态分布延迟模型也与观测数据符合得很好,其他具有更长的延迟时间的前身星系统(例如“动力学”双中子系统和中子星-黑洞系统等)仍然不能被排除,但这个延迟时标是远小于之前工作中的基于很小的样本所得到的结果。我们的这个分析给短暴的延迟时间提供了更好的限制。在最后一章,我们总结了一下本论文的结果并列举了一些关于伽玛暴的未决问题。文中所用的宇宙学常数如下：Ωm=0.266, Ω∧=0.734, Ωb=0.0449,h=0.71和σ8=0.801。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P172.3;P152

【共引文献】