黑洞超吸积与伽玛射线暴

黑洞超吸积模型是伽玛射线暴中心引擎的有力候选者之一.将结合纷繁复杂的伽玛射线暴、引力波及其电磁对应体等爆发现象,简述该模型的一系列理论研究成果.同时,提供部分黑洞超吸积的常用工具类结论和公式,为相关工作提供理论支持.     

高能辐射机制与伽玛射线暴瞬时辐射的研究

<正>伽玛射线暴(简称伽玛暴)是宇宙中最为猛烈的高能爆发,它是一种随机出现的短时标脉冲式现象,自20世纪60年代被Vela卫星发现以来,一直都是天体物理学家所关注的研究热点.1997年Beppo SAX卫星首先发现了伽玛暴的余辉,后来又帮助测定了伽玛暴的红移,因而确定伽玛暴是起源于宇宙学距离上的现象.现在通常认为,持续时标长于2 s的长暴起源于大质量恒星的坍缩,而时标短于2 s的短暴来自双致密星的并合.对伽玛暴的研究可以帮助人们了解极端相对论、极端高能条件下的物     

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.     

Li-Paczynski新星的研究进展(I):理论

致密星并合(中子星-中子星并合与中子星-黑洞并合)后抛射出的富中子(neutron rich)物质是合成r过程元素(r-process elements)的重要场所之一,近17年来的理论研究认为,这些r过程元素衰变产生的能量在热化后将形成光学-近红外(Optical-NIR)辐射,这种光学-近红外暂现现象被称为"Li-Paczynski新星(Li-Paczynski novae)",简称为"LP新星",由于它们的典型峰值亮度约为典型的新星(novae)亮度的1000倍,因此又被称为"千新星(Kilonovae)"。此外,理论与观测都直接或间接地表明致密星并合在一定条件下会形成持续时间较短(T_(90)(?)2 s)的伽玛射线暴(简称短暴,SGRBs),且大部分短暴可能源自致密星并合。在短暴的余辉被确定后,人们就致力于搜寻伴随短暴的LP新星。介绍近17年来LP新星的理论进展。     

恒星初始质量分布函数对伽玛暴爆发率的影响

伽玛射线暴的产生机制比较公认的是:长暴产生于大质量恒星死亡;短暴产生于密近双星合并.因此人们很自然地推测长暴和恒星形成率直接成比例,但是最近数据分析表明这并不能很好地拟合观测.考虑到只有质量大于某一临界质量的大质量恒星才可能产生长暴,因此恒星初始质量分布函数对长暴的产生率会有较大影响.考虑用恒星初始质量分布函数来解释长暴观测个数随红移的分布,得到了比较好的结果.     

奇异星周围的中微子主导吸积流

为统一解释伽玛射线暴(简称伽玛暴)与暴后再活动,提出了一个新的伽玛暴中心引擎模型一“奇异星-NDAF”模型(NDAF:Neutrino Dominated Accretion Flow,中微子主导吸积流),并计算了奇异星周围NDAF的结构.与其他中心致密天体不同的是,奇异星会向吸积流反馈以中微子为载体的奇异化相变能量.不考虑NDAF与奇异星的摩擦,结果表明:奇异星周围NDAF的结构对吸积率非常敏感;当吸积率大于0.18 Mo.S-1时,“奇异星-NDAF”模型能统一解释伽玛暴与暴后再活动,这个范围大于无摩擦的“中子星-NDAF”模型能统一解释的范围;在统一解释的情形下, “奇异星-NDAF”模型湮灭总能量的分布非常宽阔,当吸积率大于0.3 M0.S--1时,湮灭总能量大于1051 erg;最后,当吸积率大于0.3 M0.S-1时,“奇异星-NDAF”模型的湮灭光度超过同等吸积率下“黑洞-NDAF”模型一个多量级,有利于解释某些光度极大的伽玛暴.     

GRB 130427A/SN 2013cq与伽玛射线暴-超新星成协

从1998年4月初步确认GRB 980425/SN 1998bw成协,至2013年9月确认GRB130831A/SN 2013fu成协,共有11对伽玛暴与超新星成协事件通过光谱学方法得到确认。对伽玛暴-超新星成协的详细研究大大深化了人们对伽玛暴与Ic型超新星的认识,并推进了人们对大质量恒星演化、死亡以及爆发机制的研究:对它们的多波段余辉的性质以及超新星光谱的观测与分析间接地揭示出伽玛暴-超新星中心引擎的性质。这些事件中,GRB 130427A/SN 2013cq具有特殊的重要性:它是近距离宇宙中唯一的高能、高亮度的伽玛暴,它的GeV辐射挑战了当前的伽玛暴辐射机制,伴随它的明亮光学闪提供了爆炸本性的有用线索,伴随它的SN 2013cq是伽玛暴成协的超新星中动能最大的超新星之一,对伴随它的中微子探测的零结果也对伽玛暴的瞬时辐射模型给出了有用的限制。总结了GRB 130427A/SN 2013cq的重要观测结果,这对于探索伽玛暴-超新星成协的本质及伽玛暴瞬时辐射和余辉的细节性质有非常重要的研究价值。     

伽玛暴及其早期X射线余辉的观测特征

Swift卫星的X射线望远镜观测揭示部分伽玛暴的早期余辉光变曲线有一个缓慢衰减的成分,而相当一部分却没有这样的成分.研究比较这两种暴的观测性质发现两类暴的持续时间、伽玛辐射总流量、谱指数、谱硬度比峰值能量等物理量均没有显著差异.然而有该成分的那些伽玛暴谱比较软、早期X射线余辉比较弱、伽玛射线辐射效率显著高于没有这个成分的那些暴.结果表明两类暴的前身星和中心机制一致,是否呈现这个缓慢衰减成分可能取决于外部介质.     

NDAF的中微子湮灭模型解释GRB 090510爆发

围绕着恒星级黑洞的中微子主导吸积盘可以通过盘上发出的中微子湮灭为伽玛暴提供能量。对于黑洞超吸积系统,吸积可能引起黑洞特征的极大演化,这会进一步引起中微子光度的演化。考虑不一样的平均吸积率和初始黑洞参数,通过吸积系统的演化分析中微子湮灭光度和总的中微子湮灭能量随时间的变化。同时计算了短暴GRB 090510的中微子湮灭能量并与理论预测的结果比对,发现中微子主导吸积盘的中微子湮灭能量的理论预测值远高于观测值,意味着这种模型可能提供GRB 090510爆发所需要的能量。     

Swift时代伽玛射线暴及其余辉的多波段研究

<正>伽玛射线暴(简称伽玛暴)是一种来自太空任意方向的伽玛射线(ε_γ≈0.1～1 MeV)脉冲式辐射现象,暴后一般伴随有长时间的低频余辉辐射.为了对早期余辉乃至瞬时辐射进行多波段观测,美国国家航空航天局(NASA)于2004年11月发射了专门用于伽玛暴研究的Swift卫星.该卫星工作以来,以其快速响应与精确定位的能力和多波段观测的手段取得了一系列令人瞩目的成就(本文第1章将对     

不同卫星伽玛νF_ν暴谱的峰值能量分布

伽玛暴是宇宙中最剧烈的爆发现象之一,观测伽玛暴预警和暂现源实验卫星(Compton Gamma-Ray Observatory/Bursts and Transient Source Experiment,BATSE)、高能暂现源探测卫星(High Energy Transient Explorer,HETE)和Fermi提供了大量的伽玛暴样本,对这些数据进行分析,用统计的方法寻找其中蕴含的伽玛暴辐射物理信息是必要的。伽玛暴能谱νFν的峰值能量Ep是伽玛暴一个很重要的物理量,并且每个暴的峰值能量不同。研究比较不同仪器观测的伽玛暴νFν谱的峰值能量Ep分布,发现伽玛暴的峰值能量Ep分布很宽,不同仪器的Ep分布相似,BATSE样本Ep分布的峰值比HETE-2和Fermi样本的Ep峰值要大一些,这可能是由于选取的BATSE样本都是亮暴造成的。3种仪器观测的Log N-Log Ep分布也没有显著差异。即从统计学的角度上讲,3种暴的Ep分布没有本质不同,不同仪器观测到的伽玛暴的辐射物理信息应该是一致的。     

黑洞天体活动的基本面研究

<正>活动星系核(中心黑洞质量M_(BH)～10~6-10~(10)M_⊙)和黑洞X射线双星(M_(BH)～10M_⊙)普遍被认为具有相似的中心引擎:黑洞、吸积盘和喷流.类似的中心引擎、质量相却差如此之大(6–9个数量级)的两类黑洞系统是否具有相似的物理仍不清楚.本文围绕不同尺度黑洞天体的物理性质和观测特性展开,主要研究了不同尺度黑洞天体活动的基本面关系以及黑洞X射线双星的能谱演化.     

共动系中伽玛暴峰值能量的分布及其与光度的关系

伽玛暴νfν谱的峰值能量E_p是伽玛暴的一个很重要的观测物理量,观测系中伽玛暴νf_ν谱的峰值能量Ep分布很宽.根据各向同性光度L_(iso)、初始洛伦兹因子Γ_0和暴源系中峰值能量E_p,z之间的关系式估算伽玛暴的初始洛伦兹因子Γ_0,再把伽玛暴νf_ν谱的峰值能量E_p和光度L_(iso)修正到共动坐标系,发现共动系中峰值能量的分布还是很宽.这意味着观测系中E_p的宽分布可能是伽玛暴的真实物理分布.检验了共动坐标系中光度和峰值能量之间的关系,发现它们之间仍然存在相关性.最后,进一步对伽玛暴的辐射物理进行限制,认为共动坐标系中峰值能量分布很宽可能是由于辐射电子的洛伦兹因子γ_e分布很宽.     

伽玛射线暴及其余辉研究进展

伽玛射线暴是一种来自宇宙空间随机方向的短时间内伽玛射线突然增亮的现象。伽玛射线暴虽然早在1967年就由Vela卫星观测到,但直到1997年人们才通过余辉观测确定其寄主星系,并通过寄主星系的红移最终确定了伽玛射线暴的宇宙学起源。对伽玛射线暴研究概况进行了评述:详细介绍了伽玛射线暴及其余辉的观测进展,特别是近期Swift卫星和Fermi卫星带来的新发现;系统描述了伽玛射线暴标准火球模型、伽玛射线暴余辉物理(相对论性外流与暴周环境介质的相互作用过程、辐射产生机制等)及伽玛射线暴的前身星等。也对伽玛射线暴的未来研究进行了展望。     

共动坐标系中伽玛暴νF_ν谱的峰值能量分布

伽玛暴能谱νF_ν的峰值能量Ep是伽玛暴一个很重要的观测物理量,各种仪器观测的伽玛暴νF_ν谱的峰值能量Ep分布都很宽。根据初始洛伦兹因子Γ0,把伽玛暴νF_ν谱的峰值能量Ep修正到共动坐标系,发现Ep在不同坐标系中分布的宽窄程度没有显著差别,说明观测的峰值能量Ep分布比较宽应该不是多普勒放大作用,可能是伽玛暴峰值能量Ep的真实分布。     

伽玛暴宇宙学的研究

伽玛射线暴(简称伽玛暴,gamma-ray burst (GRB))是一种来自宇宙空间中的伽玛射线波段流量突然增亮的现象,最早由Vela卫星在1967年发现.1997年人们通过余辉测得了伽玛暴的红移,从而确定了其宇宙学的起源.伽玛暴宇宙学包括用长暴的标准烛光关系限制暗能量和宇宙学参数,用长暴研究高红移的恒星形成率,研究金属丰度的演化、尘埃及量子引力等.     

具平缓电子能谱的伽玛射线暴的解析光变曲线

在标准的伽玛暴余辉模型中,电子通过费米一级加速后形成单幂律能谱分布dn/dγe∝γe-p(p≈2.3),但在某些伽玛暴事件中观测到了平缓的电子能谱分布(即p＜2).在单幂律谱和分段幂律谱两种情况下,分别给出了具有平缓电子能谱的伽玛暴余辉的解析光变曲线,并以GRB 060908为例进行了讨论.同时提出了伽玛暴低能谱危机的...     

快速精准定位天体伽玛射线源的实验研究

在高能电磁波段,天文探测器的角分辨率较低,面对大量的伽玛射线观测数据时,研究人员需要利用数据分析软件迅速找出一些未知天体的位置。利用2008年发射运行的国际费米伽玛射线空间望远镜(Fermi)的高能伽玛射线数据(100 Me V),对伽玛射线暴(Gamma-ray Burst,GRB)进行了详细的快速精准定位,主要研究了不同时间和能量选择时对天体源的探测置信度的影响。研究结果表明,选择伽玛射线暴触发时间零点(T0)到T0+1 000 s以内的时间范围可以很好地定位伽玛射线暴的高能对应体位置。实验得到的高能伽玛射线TS位置图最佳位置与低能电磁波段的后随观测位置很好地符合,表明实验算法可以有效地计算该类天体伽玛射线暂现源的真实位置。     

不同仪器GRB观测数据的一致性分析

BATSE(Compton Gamma-Ray Observatory/Bursts and Transient SourceExperiment)、Swift(Swift Gamma-ray Burst Explorer)和Fermi卫星(Fermi GammaraySpace Telescope)提供了大量的GRB样本.研究比较3种仪器观测的暴的特征,发现虽然有红移暴的数目、所有暴中长暴的比例以及光子流量分布(lgN-lgP分布)等有显著差异,但是暴的持续时间、伽玛辐射总流量、谱硬度比等均没有显著差异.考虑Swift和Fermi暴的观测能段不同,进行修正以后,发现lgN-lgP分布的差异也基本消除.有红移暴的数目、长暴占总暴数的比例是由仪器本身的灵敏度决定的,即不同仪器决定不同GRB的观测特征,但是它们的本质是一致的.     

伽玛射线暴内光度和峰值能量关系的再研究

使用了185个伽玛射线暴(简称伽玛暴)的5 218个时间分辨谱数据,重新研究了伽玛暴内光度和峰值能量的关系及该关系对火球模型的限制二研究结果表明:(1)不管是在伽玛暴内还是在伽玛暴间各向同性等值光度Liso和静止系中vF,谱的峰值能量E'p之间关系式Liso∝E'2p都存在;(2)不管是动能主导的内激波模型还是磁耗散主导的外激波模型都能很好地解释关系式Liso∝ E'2p及ω的值.这些结论与Liang等人的结论是一致的.