双致密星并合事件与快速射电暴相关性研究

发布时间：2020-03-20 20:37

【摘要】：双致密星并合过程的研究在双黑洞并合的引力波以及双中子星并合的引力波发现之后,被推上了高能天体物理研究的前沿。特别是GW170817及其电磁对应体的发现,不仅直接证明了双中子星并合是短暴的起源之一,同时标志着引力波和多波段电磁信号多信使研究的开始。这是一个崭新的天文学研究的新时代。短暴的致密双星并合起源很早之前就提出,而统一动力学余辉模型很好的解释了短暴之后余辉的辐射特征。数值模拟的结果显示双中子星或者中子星-黑洞系统在并合过程中都会有部分动力学抛射物抛射出来,这部分抛射物在通过快中子俘获反应之后产生放射性物质给抛射物自身供能,产生千新星(Kilonova)。这些电磁辐射在GW170817双中子星并合引力波事件中都有得到观测的验证。快速射电暴(FRB)作为一个年轻的高能天体物理暂现现象,其爆发机制我们还并不清楚。其观测上表现出时标极短～ms,流量密度极高～Jy ms,这很容易让人联想到可能为致密星起源,并提出了很多模型来解释FRBs的产生。科学家们在寻找FRBs其他波段电磁对应体的问题上做了很多的努力,FRB 150418曾被认为在其爆发后2小时到6天的时间里观测到了5.5 GHz和7.5 GHz波段的辐射,但很快被后续的观测否定,认为后续的射电辐射其实是来自于活动星系核的活动,所以第一次寻找FRBs的电磁对应体是以失败告终。而FRB 131104/SwiftJ0644.5-5111疑似成协事件将伽玛暴和快速射电暴联系在一起,虽然在FRB 131104的观测天区也观测到了活动星系核的活动,但是并没有排除FRB 131104/S wift J0644.5-5111有共同起源的可能。这篇文章,我们主要讨论了致密双星并合事件与FRBs之间存在相关性的可能。在第一章我们简单介绍了双致密星并合产生的多波段电磁辐射。第二章我们介绍了快速射电暴的分类,主要分为非重复快速射电暴和重复快速射电暴,并且重点介绍了双中子星并合产生FRBs的模型和黑洞-中子星并合产生FRBs的模型。第三章,我们用统一动力学余辉模型来研究FRB131104/Swift J0644.5-5111疑似成协事件的环境参数,但是由于没有观测到除了伽玛射线以外其他波段的电磁对应体,我们只能用各个探测器的探测上限来限制FRB 131104的环境参数,并且在一定程度上给出了 FRB 131104起源于黑洞-中子星并合的可能性。在第四章,我们做了简单的关于致密双星并合问题的探讨和展望。
【图文】：

逑１．１双致密星并合产生的电磁辐射逡逑双致密星并合产生的抛射物的结构是多样的，图１．１展现的为双致密星并合逡逑事件的产物。其中喷流部分产生瞬时辐射短暴，喷流的速度为极端相对论的，逡逑喷流物质与外部星际介质碰撞产生多波段余辉。逡逑双星绕转过程由于动力学作用，会有部分物质在以共转面为对称面很大的逡逑角度范围内被抛射出来，Ｈｏｔｏｋｅｚａｋａ邋ｅｔ邋ａｌ．邋［３９］，Ｐｉｒａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．邋［８７］等人的数值模拟的逡逑结果表示ＮＳ－ＮＳ并合产生的这部分物质的质量范围为１０＿４邋－邋１ＣＴ２邋Ｍ０，邋ＮＳ－ＢＨ并逡逑合产生的这部分动力学抛射物的质量可能达到１０－１逦另外在该方向上还有逡逑吸积盘产生的盘风物质，这两部分物质的速度范围为０．１－０．３Ｃ。这部分物质由逡逑于是富中子物质，抛射过程中由于快中子俘获反应，产生大量的重元素，重元逡逑素衰变产生的能量加热抛射物产生Ｋｉｌｏｎｏｖａ辐射［６０，邋７０，邋７２］。另外，Ｐｉｒａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．逡逑［８７］等人的工作研究了动力学抛射物在亚相对论速度下与外部星际介质碰撞产逡逑生的射电辐射

但是由于喷流在与外部介质不断的碰撞后以及外部物质的不断累积逡逑过程中，喷流的洛伦兹因子ｒ不断减小，当ｒ邋＜邋１／％时，喷流的侧向膨胀明显，逡逑体现在余辉的光变曲线上为幂律拐折，见图１．３。孤儿余辉是指没有观测到暴本逡逑．逦身而只观测到余辉，这导致孤儿余辉的观测非常困难，我们无法预知孤儿余辉逡逑发生的方位，只能通过在巡天数据中寻找，但是由于没有观测到暴本身，在证逡逑认上存在一定的困难，这也是到现在没有确认观测到孤儿余辉的原因。Ｂａｕｅｒ逡逑ｅｔａ］．丨７］等人根据钱德拉南天深场巡天（Ｃｈａｎｄｒａ邋Ｄｅｅｐ邋Ｆｉｅｌｄ－Ｓｏｕｔｈ）的数据发现逡逑一个Ｘ－ｒａｙ暂现源（ＣＤＦ－ＳＸＴ１），并提出在理论上该源可能为伽玛暴的孤儿余逡逑辉，他们同时也提出该源可能为核塌缩型超新星的激波突破、潮汐撕裂瓦解事逡逑件（Ｔｉｄａｌ邋ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ邋ｅｖｅｎｔ，ＴＤＥ），也有可能是河内起源的暂现事件，如图１．４给逡逑出了邋ＣＤＦ－ＳＸＴ１的光变曲线。逡逑５逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P162;P153

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本文编号：2592164