伽玛射线暴及星暴星系的高能辐射研究

发布时间：2017-05-15 10:02

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【摘要】：伽玛射线暴(简称伽玛暴)是宇宙中仅次于宇宙大爆炸的极端爆发现象,它剧烈的伽玛射线在短于千秒的时间内可以照亮整个宇宙。在费米卫星上天后,发现大量伽玛暴在爆发时期和爆发后都有大于GeV的光子,这些光子的起源到现在仍没有完全理解它。另一方面,星暴星系也产生高能伽玛光子辐射。星暴星系中有较高的恒星形成率,从而有比较多的超新星遗迹,可以产生高能宇宙线。宇宙线与星系中的气体的核子碰撞产生显著的高能伽玛辐射,费米卫星对邻近的星暴星系的巡天发现了数个星暴星系的高能辐射。本文就伽玛暴的瞬时高能辐射特征、余辉高能辐射做了深入的研究,对星暴星系高能辐射的时变行为及谱特征等工作做了分析与研究。第一章首先介绍了伽玛暴的观测及观测量的相关性,对火球激波模型、能源模型做了介绍,对费米卫星时代的高能辐射特点做了概要介绍,其次介绍了星系的恒星形成率、星暴星系的高能伽玛辐射观测及对河外弥散伽玛背景的贡献,最后介绍了费米卫星的结构及最新状态。第二章假设费米LAT暴的高能谱截断或拐折是由双光子湮灭造成,我们计算了伽玛暴喷流整体洛仑兹因子。我们系统分析了费米卫星LAT仪器探测到的28个亮暴的能谱,发现其中有6个暴存在高能的能谱截断。利用能谱截断计算出来的的喷流洛仑兹因子和伽玛暴各向同性光度及各向同性能量呈现较好的正相关性,说明了伽玛暴能量越高,则喷流速度越快。第三章我们对两个特殊伽玛暴(GRB 130427A和GRB 130907 A)进行了分析和讨论,特别是它们的晚期的高能辐射。对于GRB 130427 A,计算得到的晚期同步辐射流量小于观测到的GeV流量；对于GRB 130907A的5小时后探测到的～55 GeV光子,这个时刻同步辐射也不能把光子加速到如此高能。因此我们考虑了光子的逆康普顿散射过程,特别考虑了种子光子来自同步辐射过程的情形(即同步自康普顿辐射),发现同步辐射与同步自康普顿辐射能很好地解释这两个暴的特征。第四章考虑到费米卫星全天伽玛背景优化、观测时间累计更长,预期更多的星暴星系特别是亮或极亮红外星系很可能探测到高能伽玛辐射,于是我们用费米6年的观测数据对星暴星系进行了高能伽玛辐射的搜寻。我们发现了NGC2146的大于100 MeV辐射,它是一个亮红外星系且没有AGN主导,而之前探测到非AGN主导的星暴星系的红外光度都低于1011Lo,因此进一步拓宽了恒星形成或星暴星系的伽玛射线辐射与其恒星形成率的联系。第五章对博士期间工作做了总结,对伽玛暴未来的高能辐射研究做了展望,还预期星暴星系在未来可能被探测到高能伽玛辐射,以及它的甚高能辐射、中微子辐射有可能在未来被探测到。
【关键词】：伽玛射线暴 高能伽玛辐射 星暴星系
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P172.3;P142.6
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-14
• 第一章 伽玛射线暴及星暴星系研究现状14-46
• 1.1 伽玛射线暴研究现状14-31
• 1.1.1 伽玛暴及其余辉的发现15-17
• 1.1.2 伽玛暴观测量及其统计经验关系17-21
• 1.1.3 伽玛暴火球激波模型及中心能源模型21-23
• 1.1.4 费米时代的伽玛暴高能辐射新特点23-31
• 1.2 星暴星系研究现状31-41
• 1.2.1 星系的恒星形成率31-34
• 1.2.2 星暴星系的高能伽玛辐射34-39
• 1.2.3 星暴星系对河外伽玛背景的贡献39-40
• 1.2.4 费米时代的星暴星系的高能观测40-41
• 1.3 费米卫星简介41-46
• 第二章 利用伽玛射线暴的高能指数截断谱算外流计算喷流整体洛仑兹因子46-60
• 2.1 引言46-48
• 2.2 样本选择和数据分析48-52
• 2.2.1 样本选择48-50
• 2.2.2 数据提取50
• 2.2.3 模型讨论50-51
• 2.2.4 最佳拟合定义51-52
• 2.3 结果和讨论52-54
• 2.3.1 Band函数的伽玛暴样本52
• 2.3.2 带有高能指数截断的伽玛暴样本52-54
• 2.4 伽玛暴喷流整体洛仑兹因子的计算54-58
• 2.5 伽玛暴喷流洛仑兹因子与瞬时光度能量相关性58
• 2.6 小结58-60
• 第三章 伽玛暴晚期余辉高能辐射的研究60-75
• 3.1 引言60-62
• 3.2 GRB 130427A的晚期的高能硬谱62-67
• 3.2.1 GRB 130427A的费米观测62-63
• 3.2.2 GRB 130427A的谱与光变分析63-66
• 3.2.3 讨论及小结66-67
• 3.3 GRB 130907A晚期55 GeV光子的解释67-73
• 3.3.1 GRB 130907A的多波段观测67
• 3.3.2 GRB 130907A数据分析67-70
• 3.3.3 GRB 130907A的55GeV光子的解释70
• 3.3.4 GRB 130907A的同步辐射及同步自康普顿模型拟合结果70-72
• 3.3.5 小结72-73
• 3.4 本章小结73-75
• 第四章 星暴星系的高能辐射75-84
• 4.1 引言75-76
• 4.2 星暴星系与亮红外星系76-77
• 4.3 NGC 2146的高能伽玛辐射探测77-83
• 4.3.1 样本选择77
• 4.3.2 数据处理77-78
• 4.3.3 分析结果78-80
• 4.3.4 讨论及结论80-83
• 4.4 小结83-84
• 第五章 总结与展望84-86
• 5.1 伽玛射线暴的高能辐射84-85
• 5.2 星暴星系的高能辐射85-86
• 附录A 费米卫星的数据分析方法概述86-90
• A.1 GBM数据分析86-87
• A.1.1 GBM数据类型及事件选择86
• A.1.2 以伽玛暴为例GBM谱分析86-87
• A.2 LAT数据分析87-90
• A.2.1 Binned likelihoood数据分析89
• A.2.2 Unbinned likelihoood数据分析89-90
• 参考文献90-101
• 博士期间发表论文101-102
• 致谢102-104

【参考文献】

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1 ;Optical Flash of GRB 990123: Constraints on the Physical Parameters of the Reverse Shock[J];Chinese Journal of Astronomy and Astrophysics;2002年05期

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本文编号：367430