伽玛暴多波段数据分析及对中心引擎的限制

发布时间：2020-05-09 08:58

【摘要】：伽玛射线暴(伽玛暴)是一种在观测上主要发生在伽玛波段的暂现源,其一瞬间释放的能量规模在宇宙中仅次于宇宙大爆炸。自1973年发现以来,其高能量、高红移、全波段辐射等等特征,令伽玛射线暴一经发现就吸引了高能天体物理学界的目光。人们不仅对其本身的物理本质进行研究,也将其作为标尺和探针用于宇宙学的研究。在这篇论文中,主要介绍本人利用伽玛暴的大数据对其中心引擎机制进行的研究工作。第一章是对伽玛射线暴现有研究进展的阐述。包括伽玛暴发现和认识的历史、现阶段伽玛暴的研究手段、研究伽玛暴的仪器设备和伽玛暴合作网络,以及到目前为止人们发展的伽玛暴相关理论,包括:火球模型,伽玛暴前身星,中心引擎,余辉机制和后标准效应的标准模型,余辉平台的内耗散结构,千新星机制等等。在第二章中,我将介绍我的第一个工作:关于利用伽玛暴多波段数据对中心引擎模型进行限制。如果磁星确实是一些伽玛暴的中心引擎,那么预计会出现几个磁星的演化结果:(1)立即坍缩形成黑洞(BH);(2)快速旋转的磁星在自转减速后坍缩形成黑洞;和(3)稳定的磁星。从伽玛暴样本中,我们发现两个伽玛暴候选体在早期余辉中出现磁星中心引擎的证据,以及在晚期它们出现了新生的饥饿黑洞。我们的研究结果表明,一些磁星可能确实会坍缩形成黑洞,这为磁星和黑洞中心引擎模型提供了直接支持。在第三章中,本人于第二章提出的情景可能适用于最近的引力波(GW)事件GW170817/GRB 170817A/AT2017gfo。最近对GRB 170817A的观测表明,在X射线和射电辐射方面,晚期都出现了意想不到的再次增亮行为。我们用千新星模型对AT2017gfo中的光学数据进行光谱拟合,发现残差成分可能是非热余辉辐射,并且表现出类似的上升行为。我们建议这些重新增亮的辐射可以由超大质量磁星坍缩产生的新生黑洞所解释。为了验证这种情况,我们利用MCMC方法对X射线,射电和光学残差数据使用我们的模型进行拟合,可以解释的很好。在第四章中,本人试图利用伽玛暴大数据样本的统计分析,来约束中心引擎模型。作为统计分析的第一步,本人开发了专门用于伽玛暴研究的自动数据收集和统计分析软件Capella。然后,我们利用Capella从所有可用的公共数据档案中收集大量的伽玛暴数据。我们最终对伽玛暴样本进行全面的统计研究。我们特别关注超长伽玛射线暴的中心引擎。第五章总结本人的主要工作,我们模型的局限性以及GRB研究的一些前景,提出我们的下一步的研究计划。
【图文】：

伽玛射线,观测记录,卫星,康普顿

3共振吸收线，使得大部分理论学家相信伽玛暴起源于河内的中子星[10]，这种错误的认识持续了很多年。直到1991年，新一代的伽玛暴探测卫星康普顿天文台上天之后，才有新的认识产生。1.1.2 BATSE 时代的伽玛暴康普顿天文台（CGRO）搭载了全新的伽玛射线探测设备 BATSE，由美国国家航空和宇宙航行局，马歇尔太空飞行中心研制。爆发和瞬变源实验设备（BATSE）性能优于之前的仪器，它专门用于搜索天空中的伽玛射线爆发（能段 20~600keV）。BATSE长期进行了全天空监测[11]，在 9 年的 CGRO 任务中，大约每天检测到一次伽玛射线图 1.1 Vela 卫星发现的，最早的伽玛射线暴观测记录。来自 Klebesadel 等[4]。

天球,伽玛射线,时标,各向同性

累计探测到 3000 多个。BATSE 上天之后，早期便取得了如下几个重要成果：第一，伽玛暴的各向同性起源；第二，伽玛暴的两个子分类，即长伽玛射线暴（长暴）和短伽玛射线暴（短暴）；第三，伽玛暴的 Band 能谱。在统计了伽玛暴的全天分布图之后，人们发现伽玛暴的分布基本呈各向同性，这说明伽玛暴基本不可能起源于银盘，见图 1.2。另外，伽玛暴的亮度分布并不均匀，明显偏离欧几里得计数，这间接佐证了结论。因此很多人开始相信伽玛暴的发生位置远在银河系之外[7][9]。随着观测数据的增多，，在统计伽玛暴的 T90时标分布时，Kouveliotouetal.(1993)发现了双峰分布的结构存在，双峰交汇在 2 秒左右的位置，见图 1.3。其中，T90时标指伽玛暴光变曲线中，流量占 90%的最高峰的持续时间。按照 T90持续时间来分图 1.2 BATSE 探测到的 2704 伽玛暴在天球上的各向同性分布图。来自: G. Fishman et al., BATSE,CGRO, NASA.
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P172.3

【参考文献】