Fermi时代伽玛射线暴相关研究

发布时间：2017-12-24 00:14

本文关键词：Fermi时代伽玛射线暴相关研究　出处：《南京大学》2011年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：伽玛射线暴(简称伽玛暴)是一种来自遥远太空中的伽玛光子短时标强烈闪耀的现象。看起来,它随机出现,不可预测,空间方向上完全杂乱无章。通常,它们以一个简短的伽玛光子的爆发形式开始出现在探测器的视野中,然后以余辉的形式出现在其他各个长波段低能量的电磁辐射波段中,例如包括X射线,紫外线,可见光,红外线,以及射电波段。一般说来,它们中的大多数在被探测到的数天至几个月内都会渐渐衰减,直至完全消失。本文第一章,我们简要回顾了伽玛暴自从大约四十年前被发现以来的主要阶段性(Vela, BATSE/CGRO, Beppo-SAX和HETE-2)观测进展；描述了自美国国家航空航天局的Swift卫星升空以来观测到的X射线波段光变曲线最新结果(特别重点描述了缓衰减和X射线耀发)；对比了不同的理论模型优缺点。这些模型力图给上述现象一个合理自洽的解释,然而由于X射线余辉中体现出来的多样性,至今没有简单的经验模型给人完全信服的描述,因此对新一代的探测器致力于更大样本量的获得之需求更为迫切。本文第二章,我们概述了FGST/GLAST空间天文实验室的构造,基本任务计划,自其升空至今约3年以来我们得到伽马暴高能辐射的初步观测结果,以及相关被建议的理论解释。通过比较现存理论对观测新特性(LAT高能延迟,高能光谱的额外成分以及截断)的解释,我们发现,这些观测进展,给本来比较成功并看似成熟的理论模型带来了很多难题,使得理论解释变得越来越复杂,并时而相互矛盾。在寻求更为自洽的解释同时,对观测新特性的普遍性确认也尤为必要,因此对大样本获得的需要将推动我们未来的工作。本文第三章,针对Fermi空间实验室观测到的LAT高能延迟的现象,作者和导师首创了“结构化喷流”外激波模型。通过对三个被Fermi GBM-LAT以及Swift等多个探测器同时观测到具有多波段瞬时辐射和余辉数据的伽马射线暴(GRBs 080916C,090902B,090926A)的光变曲线和含时谱进行拟合,我们研究了它们的高能辐射可能的产生源,并且建议它们早期的GeV辐射跟晚期射电,光学和X射线余辉具有不同于GBM亚GeV光子的源。这些光子它们产生于以下过程：由于中心引擎活动,可能来自于吸积,也可能来自于重子污染减弱,连续被喷出一系列整体洛伦兹因子渐次增大的壳层。这些结构化喷流通过外激波的同步加速辐射产生GeV波段从上升到下降的早期光变。当晚期的相互并和壳层在星风泡环境扫过的时候,在泡边缘向均匀星际介质过渡时会产生短暂的光变耀变或鼓包。另外,由于GeV和亚GeV的光子来自不同的源,后者只为前者提供一个背景,我们可以适当放松对喷流的整体洛伦兹因子的限制(之前的讨论推测这些极端喷流的最小洛伦兹因子大于1000),这种放宽从物理上讲更为自然。特别地,通过我们的拟合,我们发现Fermi-LAT事件更可能发生在较低星际介质密度环境(此处Klein-Nishina效应压制了同步自康普顿散射),这一环境极有可能是由与恒星形成关联密切的超级星风泡或贫金属丰度前身星(恒星演化晚期质量损失小)或Ib/c型超新星造成。我们的工作一经投稿立即引起来广泛关注。本文第四章,我们列举了一些除伽马暴以外被Fermi观测到的高能瞬时辐射现象。这些新的观测结果同样也给已经建立起的理论框架带来了新的挑战和启发。因此新的理论假说或模型毫无疑问将会对高能粒子物理和天体物理的研究产生重要贡献。最后在本文第五章中,我们简单回顾了本文的主要内容,总结了我们模型的优点,并认识到我们的模型的不足,初步讨论了解决相关问题的研究方向,并对Fermi时代的伽马暴研究课题做了一定展望。同时分享了一点对自己下一步攻读博士学位项目期间的相关能力获得的期望。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P172.3

【参考文献】