利用费米卫星大面积望远镜对脉冲星的观测研究

费米γ射线空间望远镜(Fermi)自2008年8月观测任务开始以来,以其优越的观测性能开启了γ射线天文学研究的新纪元。其搭载的大面积望远镜(LAT)在脉冲星探测和研究方面取得了巨大的成功。除了探测到已知脉冲星的γ射线脉冲辐射信号外,LAT还能够利用γ射线数据的盲寻技术独立发现脉冲星,此外还提供了大量γ射线源进行射电脉冲搜寻。Fermi-LAT的观测带来了γ射线脉冲星数量的显著增长,确立了脉冲星是银河系内主要的γ射线源,并且探测到了毫秒脉冲星的γ射线辐射。一般来说,在长时标下脉冲星的γ射线辐射流量稳定且脉冲形状多呈现双峰结构,能谱可由具有指数截断的幂律谱描述。综述了利用Fermi-LAT数据寻找脉冲辐射信号的方法和研究γ射线脉冲星所得到的主要结果,并简要介绍了近年来在脉冲星研究方面取得的新成果。     

宇宙信息

美国宇航局的费米γ射线空间望远镜第一次清晰地探测到了来自双星天鹅X-3的高能γ射线辐射。     

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。     

蝎虎天体能谱曲率与其伽马射线辐射亮度的关系

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,...     

“雨燕”观测到风车星系

“雨燕”卫星的紫外/光学望远镜(UVOT)第一次拍摄到风车星系,一个业余天文学家喜爱的几乎完美的正向旋涡星系的照片。此外,UVOT还观测到这个星系的一次γ射线暴。“雨燕”是美国宇航局发射的旨在研究γ射线暴的一颗卫星。这些随机和闪电式的爆发很可能是黑洞诞生的迹象。“雨燕”上的另外两台仪器——爆发警报望远镜(BAT)和X射线望远镜(XRT)在过去几周一直开启着,抢先拍下了γ射线暴。     

3C 454.3伽玛射线和近红外辐射延时分析

2008年秋天,3C 454.3在γ射线能段和光学波段呈现出非常大的爆发,在这次爆发过程中Fermi/LAT和SMARTS都对其进行了观测.通过对γ射线能段与SMARTS J及B波段在这次大爆发期间获得的光变数据进行细致的DCF分析发现:这段时期内3C 454.3的J波段光变落后γ射线光变大约2 d.在进行相关性分析过程中,对DCF做了稍许改进,得到一种改进的DCF-时间变换的离散相关函数(TDCF).TDCF的峰值在T=-1.66 d,无论是对TDCF取重心还是用非对称的高斯函数拟合,其结果都显示3C 454.3的J波段光变落后γ射线光变大约2d.FR/RSS Monte Carlo模拟结果也显示γ射线领先近红外(光学)光变.如果这个延时是由于电子辐射冷却产生的,那么逆康普顿散射的"种子"光子能量不能大于1.1 eV.这个延时也可能是由于辐射区域的大小不同引起的,2 d的延时反映了两个波段辐射区域的几何性质.高能与低能波段光变有较强的相关性证明这两个波段的辐射是由同一辐射区域产生的:γ射线辐射来自于辐射区域的内部,近红外辐射来自于包括γ射线辐射区域在内的更大区域.由于近红外的辐射区域大于γ射线辐射区域,引起光变的相对论激波传播到整个近红外辐射区域比传播到整个γ射线辐射区域所用的时间长;因此,观测到了J波段光变落后γ射线光变的现象.通过结构函数分析得到的两个波段的光变时标相差约2.5 d,这与大约2 d的延时符合得很好.     

新闻速递

“费米”发现强磁星星震 2009年1月22日,美国宇航局的费米1射线空间望远镜探测到了来自一颗强磁场中子星——被称为强磁星——的高能爆发。现正在分析这一数据的天文学家则发现星震波在这颗强磁星中振荡的信号。     

Searching for γ-ray emission from LOTAAS pulsars

The LOw-Frequency ARray(LOFAR)has recently conducted a survey(LOFAR Tied-Array Allsky Survey;LOTAAS)for pulsars in the Northern hemisphere that resulted in discoveries of 73 new pulsars.For the purpose of studying the properties of these pulsars,we search for theirγ-ray counterparts using the all-sky survey data obtained with the Large Area Telescope(LAT)onboard the Fermi Gamma-Ray Space Telescope(Fermi).We analyze the LAT data for 70 LOTAAS pulsars(excluding two millisecond pulsars and one with the longest known spin period of 23.5 s).We find one candidate counterpart to PSR J1017+30,which should be searched for theγ-ray pulsation signal once its timing solution is available.For other LOTAAS pulsars,we derive their 0.3-500 GeV flux upper limits.In order to compare the LOTAAS pulsars with the knownγ-ray pulsars,we also derive the 0.3-500 GeVγ-ray fluxes for 112 of the latter contained in the Fermi LAT fourth source catalog.Based on the properties of theγ-ray pulsars,we derive upper limits on the spin-down luminosities of the LOTAAS pulsars.The upper limits are not very constraining but help suggest that most of the LOTAAS pulsars probably have<10³³ erg s^-1 spin-down luminosities and are not expected to be detectable with Fermi LAT.     

γ射线脉冲星的代参数及其性质

本文根据电子光子在中子星表面磁层中的级联过程形成γ辐射的机制，引入了一个描述γ射线脉生性质的量－“代参数”，根据这个量，我们可以判断哪些脉冲星可能是γ射线脉冲星，另外，这个量与γ射线脉冲星的一些物理量有密切关系，我们发现γ射线脉冲星的光谱指数及平均能量与“代参数”之间存在着很好的关联。     

新闻速递

天文学家们首次直接勘测了γ射线暴宿主星系中的分子气体和尘埃。完全出乎意料的是,观测到的气体少于预期,而尘埃则多得多。这会使得一些γ射线暴变成“暗γ射线暴”。     

Possible distance indicators in gamma-ray pulsars

Distance measurement of gamma-ray pulsars is a current challenge in pulsar studies.The Large Area Telescope(LAT) aboard the Fermi gamma-ray observatory discovered more than 70 gamma-ray pulsars including 24 new gamma-selected pulsars with almost no distance information.We study the relation between gammaray emission efficiency(η=Lγ/E˙) and pulsar parameters for young radio-selected gamma-ray pulsars with known distance information in the first gamma-ray pulsar catalog reported by Fermi/LAT.We have introduce...     

宇宙γ射线爆的恒星“超耀斑”模型

对宇宙γ射线爆提出了如下的模型:宇宙γ射线爆发类似于太阳耀斑过程,但猛烈程度大得多,爆发时贮存在“超耀斑”内的磁能转化为电子的动能,大量高能电子在一个很短的时间内从“超耀斑”飞出;这些高能电子在通过恒星周围的光子气体时,与光子气体相互碰撞,产生逆康普顿光子,形成γ射线爆.根据这一模型推导了γ射线爆的时间轮廓、能谱等的表达式,并对1972年4月27日事件作了应用.计算结果表明:磁白矮星上的“超耀斑”可能是宇宙γ射线爆的源.     

双漏模式中的弥散宇宙γ射线

弥散宇宙γ射线产生于初级宇宙线的传播过程,本文利用宇宙线传播的“双漏模式”得出与实验观测谱接近的银河系弥散宇宙γ射线谱。     

BLO0716＋71非热辐射的喷流模型：从射电到γ射线

本文探讨用相对论喷流模型解释ＢＬ Ｌａｃ天体０７１６＋７１从射电到γ射线的整修电磁波段的非热辐射。喷流的结构分两个区域描述：内区具有抛物线结构，喷流是加速的；外区具有圆锥形结构，喷流速度恒定。相对论电子的密度和最高能量，以及磁场等参数随距离向外按幂律下降。在此模型中，射电至紫外线起源于相对论电子的同步辐射，而高能的Ｘ射线和γ射线则起源于自康普顿散射。辐射的频率越高，产生区域越靠近中央能源机器。辐射     

双星γ脉冲星PSR1820-11

通过对γ天文卫星COS-B观测数据的成像分析,我们在近银河中心区域找到一个新的γ射线源.图1为对50—150MeV能区γ射线的成像结果.图1中的“+”号为双星射电脉冲星PSR1820-11的位置,在γ射线成像误差范围内与γ强度峰的位置相符.     

TeV耀变体在光学和γ射线波段的相关性研究

多波段相关性分析对研究耀变体(Blazar)的物理模型和辐射机制具有重要意义。为了研究TeV耀变体的物理模型,依据4FGL-DR3目录中78个TeV耀变体的对应体的名称及坐标,对他们的γ射线波段数据和光学波段数据进行了搜索和整理,发现同时具有光学波段和γ射线波段数据的TeV耀变体共56个。利用离散相关函数计算每个耀变体光学和γ射线的相关性,计算结果显示,有20个源表现出弱的γ射线-光学相关性,有30个源表现出强的γ射线-光学相关性,有6个源没有表现出相关性。在表现出强相关性的源中,光学波段和γ射线波段间还表现出不同程度的时间延迟。这些结果支持了TeV耀变体高能光子主要来自轻子模型的同步自康普顿辐射。但是同时还发现不管是光学波段还是γ射线波段,均存在一些“孤峰”,这些“孤峰”可能暗示了低能光子的来源不是唯一的。     

费米甚高能γ射线耀变体谱指数、能谱峰值频率和能谱曲率相关性研究

收集了69个费米甚高能γ射线(TeV)耀变体样本的平均态多波段数据,并用对数抛物线模型(The Log-parabolic Model)对能谱分布(The Spectral Energy Distribution,SED)进行拟合,获得相关物理参数.分别对谱指数、能谱峰值频率、能谱曲率3个物理参数进行统计分析,结果如下...     

γ射线暴的时变分析

γ射线暴是天空中突然的硬X射线/γ射线爆发现象,有着非常复杂的光变曲线。由于光变现象和辐射过程直接相关,因此,研究γ射线暴的时变规律是非常重要的。对γ射线暴的一些时变现象以及通过时变研究得出的分类、脉冲形状、功率谱、时间演化、光度等性质进行了总结,并对一些结果进行了讨论。     

γ射线暴谱硬度比的时间演化特征

采用小波分析方法对康普顿γ射线天文台(CGRO)上的BATSE仪器观测到的γ暴光变曲线数据进行去噪处理，并提出时间分辨的谱硬度比定义，用包含有599个暴的样本研究谱硬度比随时间的演化规律，结果表明：(1)样本中77％暴的谱硬度比随时间按“硬到软”规律演化，而23％暴谱硬度比随时间按“软到硬”规律演化，尤其是3％暴在整个暴中呈现单调的“软到硬”趋势。(2)平均谱硬度比随时间单调地以“硬到软”规律演化。(3)持续时间不同的暴，其谱硬度比演化曲线有较大的差异，其中“硬到软”演化趋势最显著的是持续时间在23-35s之间的那些暴；持续时间在l-10s的暴的演化特征跟其它组差异最显著，呈现比较明显的“软到硬”演化规律；持续时间在35—53s之间的暴平均谱硬度比几乎没有随时间演化。(4)不同辐射强度的暴平均谱硬度比的演化特征不同，随着峰值流量的增大，谱硬度比演化由“硬-软-硬”逐渐转变为“软-硬-软”：峰值流量越大，“软-硬-软”的趋势越显著，而峰值流量越小，其峰值流量“硬-软-硬”的趋势越显著。我们对这些结果进行了简单的讨论。     

宇宙信息

宇宙信息第一幅γ射线天图美国宇航局于１９９１年４月７日向空间释放的康普顿Ｙ射线天文台卫星（ＣＧＲＯ）首次完成了全天γ射线源的普查任务。这一幅假彩色图表示的是卫星上的高能γ射线实验望远镜（ＥＧＲＥＴ）第一年的探测结果：宇宙中能量大于１００兆电子伏的γ射...