X射线天体物理数据分析与实验研究
发布时间：2020-07-21 22:34
【摘要】： 本论文工作涉及X射线天体物理学观测数据的分析处理和实验研究,包括数据处理方法研究、数据分析与物理模型研究和实验物理设计研究三个主要部分。 硬度比是反映天体X射线辐射能谱信息的一个重要物理量。在论文的数据处理方法研究部分,针对低计数条件下数据处理的特殊性,提出了一种适用于低计数条件的估计硬度比的新方法。通过蒙特卡罗模拟,验证了新方法相对于传统方法在低计数条件时的优越性,并介绍和展望了新方法在X射线天体物理学上的应用。 随后,在论文的数据分析与物理模型研究部分,对黑洞X射线双星系统XTE J1550-564在2000年的一次X射线辐射观测数据进行了分析研究。通过时变分析、能谱分析等手段,发现这个源的X射线辐射中存在着一般黑洞双星系统X射线辐射中很少见的毫秒量级光变和很软的能谱成份。同时,在这个源的同一次观测中还发现了一个长约100秒的耀发(flare)。基于对数据的分析,对吸积流上的物理过程和可能存在的大尺度磁场进行了讨论,提出了一个模型来解释这些观测现象。 论文的实验研究部分主要针对我国正在进行的大型X射线天文实验工程项目——硬X射线调制望远镜HXMT的物理设计。在轨本底是HXMT的重要参数,直接影响卫星的主要科学性能。本文通过蒙特卡罗模拟的方法,对卫星高能探测器的在轨本底进行了分析计算,给出了本底分析结果。在此基础之上,对卫星的一些关键技术,如轨道倾角选择、准直器方案优化、荷电粒子反符合屏蔽系统设计、“大信号”计数率与死时间等,进行了物理优化设计。这些结果已经应用在HXMT工程中。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P172.2
【图文】：
0 0 0 0 0 0∑ ∑∑ ∑∑∑∞=∞=∞=∞=∞ ∞= =+++j j k j k lijijjkijikjklijikilXGuGuuGuuu（1-1）其中iu 是一系列独立随机变量，jkG 、jklG 以及更高阶的系数均不为 0；这样的模型模拟出的光变曲线中能得到 rms-flux 的正比关系（见图 1.1 右）；如果产生X 射线的机制是一些独立“元过程”的叠加（即 1-1 式中jkG 、jklG 以及更高阶的系数均等于 0 的情况），则产生的 X 射线中得不到 rms-flux 的线性正比关系。之后，张双南[8]在太阳耀斑和伽马射线暴的 X 射线光变中也发现了这种 rms-flux的正比关系。)
黑洞双星系统中的磁场强度的估计目前还没有定论，通常的做法是假设能均分，即假设磁场压等于气体压，也就是：，pmBkTμρπ=82（3-16）中k 是波尔兹曼常数，T 是气体温度，μ 是气体的平均分子量，pm 是质子质。假设 kT =1keV， μ =1.25（氢和氦的比例按宇宙中两种元素的丰度估计， 3：1），这样估计出的磁场强度约为 1.910G8B ≈×，与根据这个耀发估计出的大尺度磁场的强度一个量级。在上面提出的模型中，大尺度磁场是一个很关键的因素。我们注意到在黑双星系统中很少发现这种长约 100 s 的耀发，这一事实提示我们，在黑洞双图 3.14 黑洞、吸积流和大尺度磁场示意图
4.1 本章引论无论是数据处理方法还是数据分析结果、物理模型，这些都是建立在实验观测数据的基础上的。从本章起将介绍在 X 射线天体物理学实验方面的工作，研究对象是我国第一颗天文卫星 HXMT，同时它也是目前国际上 X 射线天文领域一个非常重要的大型实验项目。4.1.1 HXMT 卫星结构HXMT 卫星由卫星平台和有效载荷构成，其中有效载荷主要包括高能 X 射线望远镜（HE）、中能 X 射线望远镜（ME）、低能 X 射线望远镜（LE）这三个X 射线探测仪器（主载荷），空间环境监测仪（SEM），此外还有可能的 X 射线计划望远镜（PO）等。图 4.1 是 HXMT 卫星和主有效载荷的示意图。其中高能X 射线望远镜（HE）是 HXMT 卫星最重要的有效载荷和最核心的观测仪器，也是本论文中主要讨论的仪器，本节将主要介绍 HE 的结构。
本文编号：2764911
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P172.2
【图文】：
0 0 0 0 0 0∑ ∑∑ ∑∑∑∞=∞=∞=∞=∞ ∞= =+++j j k j k lijijjkijikjklijikilXGuGuuGuuu（1-1）其中iu 是一系列独立随机变量，jkG 、jklG 以及更高阶的系数均不为 0；这样的模型模拟出的光变曲线中能得到 rms-flux 的正比关系（见图 1.1 右）；如果产生X 射线的机制是一些独立“元过程”的叠加（即 1-1 式中jkG 、jklG 以及更高阶的系数均等于 0 的情况），则产生的 X 射线中得不到 rms-flux 的线性正比关系。之后，张双南[8]在太阳耀斑和伽马射线暴的 X 射线光变中也发现了这种 rms-flux的正比关系。)
黑洞双星系统中的磁场强度的估计目前还没有定论，通常的做法是假设能均分，即假设磁场压等于气体压，也就是：，pmBkTμρπ=82（3-16）中k 是波尔兹曼常数，T 是气体温度，μ 是气体的平均分子量，pm 是质子质。假设 kT =1keV， μ =1.25（氢和氦的比例按宇宙中两种元素的丰度估计， 3：1），这样估计出的磁场强度约为 1.910G8B ≈×，与根据这个耀发估计出的大尺度磁场的强度一个量级。在上面提出的模型中，大尺度磁场是一个很关键的因素。我们注意到在黑双星系统中很少发现这种长约 100 s 的耀发，这一事实提示我们，在黑洞双图 3.14 黑洞、吸积流和大尺度磁场示意图
4.1 本章引论无论是数据处理方法还是数据分析结果、物理模型，这些都是建立在实验观测数据的基础上的。从本章起将介绍在 X 射线天体物理学实验方面的工作，研究对象是我国第一颗天文卫星 HXMT，同时它也是目前国际上 X 射线天文领域一个非常重要的大型实验项目。4.1.1 HXMT 卫星结构HXMT 卫星由卫星平台和有效载荷构成，其中有效载荷主要包括高能 X 射线望远镜（HE）、中能 X 射线望远镜（ME）、低能 X 射线望远镜（LE）这三个X 射线探测仪器（主载荷），空间环境监测仪（SEM），此外还有可能的 X 射线计划望远镜（PO）等。图 4.1 是 HXMT 卫星和主有效载荷的示意图。其中高能X 射线望远镜（HE）是 HXMT 卫星最重要的有效载荷和最核心的观测仪器，也是本论文中主要讨论的仪器，本节将主要介绍 HE 的结构。
【引证文献】
相关期刊论文 前1条
1 董爱军;盖宁;张福安;;黑洞候选体X射线双星Cyg X-1硬度比周期特性研究[J];天文学报;2012年05期
本文编号：2764911
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