基于FERMI-LAT对星风碰撞双星高能辐射的研究

发布时间：2020-10-18 06:58

　　 星风碰撞双星(Colliding Wind Binary)通常是由大质量的早型星(OB型星)和沃尔夫-拉叶星(Wolf-Rayet stars,WR stars)组成的双星或者多星系统。其中间存在一个子恒星星风相互碰撞产生的区域,该区域的激波会把粒子加速至相对论性能量,通过同步加速辐射或者逆康普顿散射等机制致冷,产生非热的射电、X射线甚至伽玛射线辐射,同时该区域产生的相对论性粒子对我们研究粒子加速机制、宇宙线来源以及高能辐射具有重要的意义。在本论文中,我们首先介绍了星风碰撞双星的背景知识,包括其结构及演化,射电、X射线以及伽玛射线源的观测结果以及理论分析。其中我们重点介绍了唯一确定的伽玛射线源η Carinae。为了寻找另外来自星风碰撞双星的伽玛射线辐射,我们利用Fermi-LAT长达九年的观测数据,处理分析了 18例粒子加速星风碰撞双星,我们发现在CENI的空间位置上存在着明显的GeV辐射。在1 GeV-500GeV能量范围内,6.7σ置信度上其积分光子流量为(1.49±0.32)×10-9phcm-2s-1,此源的能谱在10-20GeV之间存在截断,其能谱可由r=2.36 ±0.16单一幂律谱拟合,在高于20GeV仍有流量超出,这一特征与另一伽玛射线源η Carinae相似,因此CEN 1的高能辐射也极可能来自于π0介子衰变产生的强子加速,CEN 1极有可能是另一颗有高能伽玛射线辐射的星风碰撞双星。另外通过处理Fermi-LAT数据我们发现另外17例星风碰撞双星的空间位置处没有伽玛射线辐射,我们给出了这些源的伽玛射线流量上限。其中对于双星系统9 Sgr,我们分别使用轻子起源:逆康普顿散射、相对论性韧致辐射和π0介子衰变的强子模型计算了其高能伽玛射线辐射的流量,利用其观测到的流量上限我们发现无法排除任何一种辐射机制。最后,我对我们的工作进行了总结与展望,对CEN 1高能辐射机制的研究需要更多设备的数据来佐证,例如TeV、PeV能段,需要HESS或者切伦科夫望远镜CTA等设备的数据来支撑。我们下一步还可以对更多的星风碰撞双星候选体的伽马射线数据处理进而研究其辐射起源。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P153
【部分图文】：

图１．１：星风碰撞双星ＷＲ＋ＯＢ的结构示意图（？／《１）丨３司，ｎ和〇分别为ＷＲ和０Ｂ星到??星风碰撞区的距离。Ｃ是星风碰撞接触面，Ｓ为激波面，§为激波面的圆锥角。??图１．２更形象得显示了不同的动量之比对弓形的星风碰撞区域的物质密度??分布影响。图（ａ）是？７为１时的星风碰撞区形状模拟，即星风的动量比为１，双??星的星风速度相等，激波与连续不接触面的张角达到了?１９°。图（ｂ）是ｒ？为０．１??时的激波形状模拟，即星风的动量比为０．１，激波面以弓形向次星弯曲。图（ｃ）??是？７为〇．〇１时的激波形状模拟，可以看出激波平面的弓形偏向于次星的角度更??大，次星的星风完全激波化大约在ｒ／＜０．０２。目前对于张角６？与动量比？７并没有??准确测量，但是有人尝试通过模拟来给出之间的关系。假设这些冲击具有高辐??射（因此在空间上与ＣＤ重合丨４５丨），并基于动量守恒计算它们的位置给出了解??析表达式［３８］：??

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目前被观测到且被认证的星风碰撞双星为数不多，其中有几个典型的源??Ｃａｒｉｎａｅ［４０］、ＷＲ?１１?（又名７２?Ｖｅｌｏｒｕｍ?［９０］）和ＷＲ?１４０［５１］，ＷＲ?１４０和７？?Ｃａｒ是??目前被观测到非热硬Ｘ射线的星风碰撞双星。图１．４中，长点化线是逆康普顿??散射成分，短点化线是相对论轫致辐射成分，点线是０介子衰变的成分，实线??部分是所有成分综合考虑的能谱，可以看出，ＷＲ?１４０多波段的能谱可以用逆??康普顿散射以及强子成分来解释。??理论上大量相对论性电子的存在会导致非热的高能７－ｒａｙ通常由两种不同??的机制模型产生：轻子模型和强子模型。轻子模型主要是大质量双星的强紫外??或者可见光辐射场产生的逆康普顿散射（１Ｃ），可加速高能光子到几个ＧｅＶ量??级。强子模型是则是大量相对论性质子与星际介质中的质子相互作用产生＃介??子，进一步发生衰变，有效地产生伽玛射线。??
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本文编号：2845969