Swift时代伽马射线暴的观测和理论

伽马射线暴是宇宙中最剧烈的爆发现象之一.Swift卫星的快速定位和Fermi卫星的宽、高能段观测,使得伽马暴的观测可以全波段进行.通过Swift的观测可以对伽马暴现象的本质有进一步的理解,而Fermi卫星提供了一些暴高能光子的辐射数据,为进一步研究暴的辐射机制和伽马暴以及它的余辉提供了有力的依据.介绍了Swift和Fermi卫星发射后一些伽马暴的观测和理论研究进展.     

基于γ暴等观测限制宇宙学参数与暗能量模型

利用Union2 557个Ia型超新星数据限制宇宙学参数qo、jo和so,在红移z≤1.4范围内校准5个γ暴(gamma-ray burst,GRB)光度关系.假设γ暴光度关系不随红移演化,得到66个高红移γ暴的距离模数.最后综合利用宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background,CMB)辐射观测数据、重子声波震荡(Baryon AcousticOscillations,BAO)观测数据与116个具有红移的γ暴数据限制几个常见的暗能量模型.根据贝叶斯判据(Bayesian Information Criterion,BIC),发现ACDM模型是最好的模型;根据Akaike判据(Akaike Information Criterion,AIC),发现JBP模型是最好的模型.     

摄动函数高阶展开与长期共振

研究三体系统的长期共振效应,有助于了解系统的稳定性。在雅可比坐标系下建立了第三体摄动一般运动模型,将摄动函数按照半长径之比展开到十六极矩。通过对摄动函数进行轨道双重平均,消除了内外轨道的短周期项。基于限制性三体模型,分别在内摄和外摄两类情形下进行讨论。外摄情形下十六极矩项对系统结构的演化只有微弱的影响,而内摄情形下系统会出现新的共振和混沌现象。在圆型内摄情形下,系统出现了类似于Lidov-Kozai效应的近点共振。区别于Lidov-Kozai效应只在近心点幅角ω2=±90?时可能存在平衡点,十六极矩近似下,在ω2为0?和180?时也可能存在平衡点。角动量Z轴分量的取值会影响共振平衡点的数量、位置和稳定性。在椭圆型内摄情形下,系统在十六极矩近似下激发出新的轨道翻转,且翻转没有周期性,呈现混沌现象。十六极矩近似下的轨道翻转明显区别于八极矩近似下的轨道翻转,特别是,当半长径之比相当大时,十六极矩近似下偏心率的振幅明显大于八极矩近似下偏心率的振幅。     

河外TeV能段γ射线背景下限的估算

Fermi卫星对GeV能段的河外伽马射线背景(Extragalactic Gamma-ray Background, EGB)进行了较为精确的测量, 极大提高了对高能伽马射线背景的认识, 但是在TeV能段, 使用空间探测器进行观测非常困难, 只能依赖地面伽马射线探测器, 如成像大气切伦科夫望远镜. 目前, 对于TeV能段的河外伽马射线背景的认识还不完善. 使用有低活跃状态能谱的61个TeV源(包含2个星暴星系、6个射电星系以及53个耀变体)的累计流量给出河外TeV伽马射线背景的下限. 结果显示, 低能段(0.5--4.5TeV)流量由两个临近的耀变体Mrk 421和Mrk 501主导, 贡献了大约58%的累计背景流量; 而大于4.5TeV的能段, 由3个已观测到10TeV以上能段流量的极端耀变体H 1426+428、1ES 1959+650以及1ES 0229+200主导. 最后分别探究了星暴星系、射电星系以及耀变体对河外TeV伽马射线背景的贡献, 不同耀变体子类对河外TeV伽马射线背景的贡献以及不同红移区间TeV源对河外伽马射线背景的贡献.     

宇宙微波背景辐射极化的近似解析公式

在宇宙早期的退耦过程中，光子与电子发生Thompson散射．光子气体空间分布的各向异性通过Thompson散射而产生宇宙微波背景辐射的极化，并为最近WMAP观测到．从光子气体的Boltzmann方程出发，采用一般的光深函数，分别积分给出原初密度扰动和残余引力波产生的微波背景辐射极化的近似解析解，结果适用于一般的复合过程．密度扰动FS所产生极化的近似解析解为βS≌-CFs(Td)ΔTd，其中Td和△Td分别为退耦时刻和退耦宽度，系数C≌(0．08—0．12)，明显依赖于复合模型．残余引力波扰动FT产生极化的积分稍微复杂，在长波近似下我们对原初扰动按波数进行幂级数展开，保留到两项FT≌FT^(1) FT(2)，分别积分，给出近似解析解βT≌-[CFT^(1)(Td) DFT^(2)(Td)]ΔTd.第一项的极化与密度扰动类似，结论也相同；但第二项的系数D≌(0．22—0．32)，远大于系数C，我们的近似解析解有助于理解背景辐射的温度一极化交叉关联和检测残余引力波对背景辐射各向异性的贡献．     

磁星能量注入模型拟合伽玛射线暴X射线余辉光变曲线

某些伽玛射线暴(简称伽玛暴)的中心致密天体可能是一颗具有强磁场的毫秒脉冲星,它通过磁偶极辐射可对伽玛暴外激波注入能量,从而导致早期余辉光变曲线的变平.近年来,从Swift卫星观测到的大量伽玛暴X射线余辉中发现,很多X射线余辉光变曲线在暴后10~2～10~4s期间的确存在明显的变平现象.利用周期为毫秒量级的磁星能量注入模型对11个加玛暴的X射线余辉光变曲线进行了拟合,显示该模型在解释余辉变平现象上的有效性和广泛性,通过对余辉光变曲线的拟合,同时也给出了相关中心磁星的磁场强度和旋转周期.     

星系团内物理过程对宇宙微波背景辐射的影响

观测表明,富星系团内存在着大量的高温热电子.它们将与微波背景光子相互作用.本文考虑了星系团集合使微波背景辐射产生的畸变.我们的理论估计表明,富星系团集合的高温热电子散射背景光子,使背景辐射谱偏离黑体辐射谱.在背景谱的维恩区,畸变小于2.74K黑体峰值强度的1％,这个结果与最近COBE卫星的探测结果是一致的.没有得到Matsumoto所探测到的在700μm附近有相当于黑体谱峰值强度10％的重大畸变.星系作为微引力透镜,对背景辐射的影响不可能探测得到.星系团内热电子的轫致辐射在微波波段更弱.     

黑洞旋转能量的电磁提取及其在天体物理中的应用

该文着重介绍了两种大尺度磁场提取黑洞旋转能量的机制,即BZ机制和MC机制,以及BZMC共存模型在天体物理中的应用。BZ机制对应于连接黑洞与遥远天体物理负载的"开放"磁力线,而MC机制对应于连接黑洞与吸积盘的"闭合"磁力线。在BZ过程中大尺度磁场把黑洞的旋转能量以Poynting能流的形式输送到天体物理负载,成为驱动黑洞系统的喷流和伽马射线暴的中心发动机。在MC过程中能量和角动量通过大尺度磁场在黑洞与吸积盘之间转移。BZMC共存模型在高能天体物理中的应用包括以下几个方面:1)对活动星系核与黑洞双星的陡发射指数的拟合;2)对黑洞X射线双星的高频QPO与喷流的相关性的解释;3)对伽马射线暴的能量、时标的拟合以及对伽马射线暴与超新星成协的解释。最后对另外两种大尺度磁场提能机制,即BP机制和PC机制也作了简略介绍。     

尘埃的宇宙学效应

基于新发现的2—5μm的红外背景和星系前星,我们讨论了各种模型的尘埃对3K宇宙微波背景谱所产生的影响。结果表明,如果中性氢的含量很少,即星系前恒星的辐射谱无Lyman截止,尘埃的再辐射将使3K背景辐射在其峰值频率附近产生0.1K—0.2K的畸变,而与模型无关。反之,如果中性氢的含量很高,则尘埃的再辐射将不可能使3K宇宙微波背景谱产生畸变。     

发现微波背景辐射的曲折历程

发现微波背景辐射的曲折历程○辛酉宇宙微波背景辐射是高度各向同性的温度略高于２７开的黑体辐射,这是一种充满宇宙各处的均匀辐射。微波背景辐射的发现被认为是２０世纪天文家的一项重大成就,它对现代宇宙学所产生的深远影响,仅次于哈勃对河外星系红移的发现。当前...     

Blazar喷流节点运动视速度的统计研究

VLBI观测表明,TeV伽马射线Blazar(耀变体)的喷流运动视速度远小于MeV/GeV伽马射线Blazar,然而TeV伽马射线辐射流量的快速变化却要求这些Blazar的相对论喷流速度与MeV/GeV Blazar的相当.对于这一矛盾,目前有多种解释.为了检验这些模型,我们收集了VLBI对Blazar喷流运动的监测数据,样本包括86个FSRQs(平谱射电类星体)、22个BL Lac天体,共108个Blazar;从统计上研究了,该样本中各Blazar最大视速度喷流节点的位置与射电光度相关关系.结果表明,Blazar最大视速度喷流节点的位置与射电光度有较强的相关关系,随着Blazar射电光度的减小,喷流中最大视速度VLBI节点的位置到VLBI核的距离逐渐变小.这意味着,TeV伽马源(低光度Blazar)的喷流减速区距离VLBI核较近,喷流从高能辐射区到VLBI可分辨尺度已经减速,支持减速喷流模型对TeV伽马射线Blazar上述矛盾的解释.     

宇宙信息

气球观测证明　　宇宙是平直的　　　　最近 ,一只飞越南极的气球所做的观测证明 ,空间就像希腊几何学家曾预言的那样是平直的 ,而不是弯曲的。ＢＯＯＭＥＲＡＮＧ (河外毫米辐射和地球物理气球观测 )的计划是1 998年底实施的。在 1 998年 1 2月到 1 999年 1月的 1 0天里 ,气球一直在南极上空飘浮。气球上载有一架 1 2米射电望远镜 ,用以测量来自空间的宇宙微波背景辐射。宇宙学家认为宇宙是 1 2 0～ 1 50亿年前大爆炸产生的 ,微波背景辐射是大爆炸的余烬。1 992年一个称为ＣＯＢＥ(宇宙微波背景探测器 )的地球轨道卫星测出了微波背景辐射…     

蝎虎天体能谱曲率与其伽马射线辐射亮度的关系（英文）

银河系外的伽马射线辐射源主要是耀变体,对其研究有助于揭示活动星系核喷流物理、高能宇宙线起源甚至宇宙演化等。研究了为什么有些蝎虎天体有强的伽马射线辐射,而有些却没有。选了170个有多普勒因子和能谱曲率测量的蝎虎天体,并把它们分成被费米LAT探测到的和未被费米LAT探测到的两类。研究发现这两类源的多波段能谱曲率有显著区别,即费米LAT探测到的源的曲率明显小于未被费米LAT探测到的源;即使扣除了多普勒因子的影响,结果也相近。蝎虎天体PKS 0048-09和S5 0716+714有着相似的同步辐射光度但却不同的伽马射线光度。基于同步自康普顿模型,再结合二次曲线电子谱可以很好地拟合它们的多波段能谱,并发现拟合的曲率和辐射区尺度不同但却成正比。PKS 0048-09可能有一个更致密的喷流,从而产生了更大康普顿因子。结果表明,给定同步辐射光度,能谱曲率和康普顿因子对于能否被Fermi伽马射线卫星探测到非常重要;讨论了这一结果对粒子统计加速和辐射机制的限制。     

致密介质中柱状喷流的伽玛射线暴余辉

很多伽玛射线暴应当是产生于极端相对论性的喷流.关于喷流,绝大多数的讨论都是围绕锥状喷流展开.然而有观测发现,一些天体中的喷流在很长距离上始终保持着几乎不变的截面积,即表现为柱状喷流.研究致密介质环境中有侧向膨胀的柱状喷流的余辉,描述其动力学演化和辐射过程,分别得到解析解和数值解,并对两者进行了对比.研究的暴周星际介质是光学厚的,在初始的主暴阶段,喷流辐射出高度准直的高能射线,升华了暴周介质,形成一个在光学波段光学薄的柱状通道.余辉阶段,由于喷流是有侧向膨胀的,观测者只能收集到视觉面积占比例越来越小的光学辐射,理论上可得到衰减极为快速的光变曲线,流量随时间的衰减约为Svα t-p-1(p为电子幂律分布的谱指数).如此迅速的衰减使得光学余辉将难以被观测到,提供了一种对暗伽玛射线暴的解释.     

费米耀变体的伽马辐射与发射线辐射的相关分析（英文）

在活动星系核的标准模型中,中心有一个超大质量黑洞,黑洞周围是一个吸积盘,喷流处在垂直于吸积盘的平面上。理论研究表明,喷流和吸积盘之间存在一定的联系,许多学者利用射电(或伽马)辐射与发射线辐射之间的相关性研究这种关系。然而,耀变体的射电或伽马辐射具有强烈的成束效应,使得在讨论喷流-吸积盘的联系时,应该考虑成束效应。收集了202个FERMI/LAT耀变体的宽发射线数据研究喷流与吸积的关系。202个源中,66个具有多普勒因子。对整个样本和平谱射电类星体与蝎虎座BL型天体2个子样本,分别研究了去除红移影响和成束放大效应时,伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线的相关关系,得到整个样本202个源的伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线之间存在强的正相关,而且这种相关性在去除红移效应之后仍然存在。对于66个有多普勒因子的源,在去除多普勒因子的影响之后,伽马射线与宽发射线以及射电波段与宽发射线之间仍然存在正相关。分析结果表明:(1)整个样本和各个子类的伽马射线与宽发射线之间都存在强相关。这些相关性在红移效应去除后仍然存在,并且证实了文献中他们所研究的结果。(2)对于66个有多普勒因子的耀变体,宽发射线与多普勒因子之间存在强的相关性,伽马射线与宽发射线在去除多普勒因子的影响之后存在相关性。在射电和宽发射线之间也得到了类似的结果。(3)吸积过程与喷流之间存在强关联性。     

暗能量:天文学上的一道难题

一 宇宙微波背景辐射与暗能量 2003年7月23日,美国匹兹堡大学瑞安·斯克兰顿博士领导的一个多国科学家小组宣称,发现宇宙暗能量存在的证据。这个小组在研究中,借助了美国"威尔金森微波各向异性探测器"(WMAP)卫星的观测数据,这颗卫星主要用于对宇宙微波背景辐射的微小变化进行观测。宇宙微波背景辐射是"大爆炸"后的产物,其中的光子在宇宙中穿     

太阳射电分米波U型暴分析

本文介绍了由捷克Ondˇrejov天文台观测到的 1 992年 8月 2 2日 1 2 :36 :2 6— 1 2 :36 :32UT发生的U型暴 ,U型暴的频率范围为 1 .0— 2 .8GHz,在国际上尚属首例 .从分析得到以下几点结论 :(1 )上下臂的频漂率分别为 1 .2 5和 0 .2 2 5GHz/s,其电子束流的速度分别为 0 .38c和 0 .2 6c ,它是由等离子体二次谐波发射造成的 .(2 )上升臂的爆发衰减时间常数大于下降臂的 .(3)频谱极大频率随时间变化呈现出从高频到低频再到高频的变化 .(4)上升臂的频宽大于下降臂的约一倍左右 ,这与上升臂频漂远大于下降臂的有关 .(5 )从频宽得到上、下臂的速度弥散分别为 (Δvv) a=0 .42和 (Δvv) d=0 .47.     

Swift时代伽马暴的观测及研究进展

Swift卫星从2004年11月20日升空开始运转到现在已有2年多时间.到目前为止,它-共观测到了200多个伽马暴及其余辉现象.由于Swift观测到了早期X射线余辉、短暴余辉和高红移伽马暴等新的重要现象,伽马暴研究进入了新的时代.该文首先对伽马暴的研究历史做简短回顾,然后简要介绍伽马暴的物理图像和Swift卫星的构成及特点,最后全面评述Swift的观测成就及由此引起的理论挑战.     

两类γ暴的谱形和光变曲线的统计差异

使用currentBATSE catakog中的一部分数据，定义了2个分别反映γ射线暴的能谱形和光变曲线的物理量FR和TR，同时对它们的分布作了统计分析，发现对于两类不同的γ射线暴，它们的分布存在统计上的较为明显的差异。这意味着两类暴可能产生于不同的辐射区域，两类暴的暴源可能有本质的差异，这些结果支持了把γ射线暴分为长暴和短暴的分类方法。     

亚毫米波段的红外背景

Matsumoto等人所探测的一种新的亚毫米波段宇宙微波背景辐射表明在300μm和1000μm之间有过量的辐射,这个大的过量辐射相应于其黑体背景的10％。本文利用由星际的硅酸盐粒子和石墨粒子构成的宇宙尘埃模型得到了Matsumoto所观测到的这一亚毫米波段过量辐射。我们的结论是:(1)星系前的VMO_s推测是正确的;(2)VMO_s的产生年代可能是z=80附近;(3)中性氢含量很少;(4)在宇宙中,尘埃的主要成份是硅酸盐粒子,碳微粒是第二组成部分。