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。     

GRB 170817A的洛伦兹因子和观测角

伴随着引力波事件GW170817的短暴GRB (Gamma-Ray Burst) 170817A首次提供了双中子星并合与短暴相联系的直接证据.但是短暴GRB 170817A具有非常弱的光度,意味着观测的视线方向可能偏离喷流轴方向.根据短暴静止系的峰值能量E_(p,i)和各向同性光度L_(iso)。之间的关系以及洛伦兹因子Γ和L_(iso)。之间的关系估算了短暴GRB 170817A以及长短暴GRB 060614观测角与喷流边缘的夹角θ'_(obs)和洛伦兹因子Γ,结果表明GRB 170817A的Γ=45±27,θ'_(obs)=2.2±0.5°,而GRB 060614的Γ=214±93,θ'_(obs)=0.5±0.1°.这个结果相当于GRB 170817A的正轴各向同性光度L_(iso,on)=(2.1±0.7)×10~(49) erg·s~(-1),比典型的短暴少2-3个数量级.GRB 060614的L_(iso,on)=(5.12±1.91)×10~(51) erg·s~(-1)与典型短暴相当.这意味着GRB 060614可能属于短暴类型,而GRB 170817A可能本质上就是一个弱暴.     

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。     

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.     

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.     

长γ暴时域功率密度谱与光度的强相关

提供一个基于光变曲线的长γ暴光度的估计量．对BASTE记录到的12个已知红移的γ暴，利用时域上的时变分析方法计算了各暴的功率密度谱，用功率密度的峰值P表征光变曲线变化的剧烈程度．通过拟合发现在共动坐标系P与γ暴的各向同性峰值光度L之间存在着相关关系．这是继Norris等和Reichart等发现时间延迟与光度、变化率与光度的相关性之后又一个γ暴时变特征量与其光度之间的相关关系．     

Fermi平谱射电类星体外光子场的研究

基于外康普顿模型,通过对193个伽玛射线空间望远镜探测的平谱射电类星体的外光子场进行研究,结果表明:(1)逆康普顿散射峰值的光度和同步辐射峰值的光度之比LIC/LS与逆康普顿峰频率和同步峰频率之比νIC/νS呈负相关;(2)逆康普顿散射峰值的光度和同步辐射峰值的光度之间具有强的相关性,并且log LIC=1.05log LS-1.58;(3)对于大部分Fermi平谱射电类星体,逆康普顿散射峰值的光度大于同步辐射峰值的光度。这些结果说明平谱射电类星体的种子光子除了来自宽线区外,还可能来自其它区域,并且与喷流的运动和磁场以及外部光子的能量密度有关。     

同步辐射和费米伽马暴光谱的一致性检验

定义了一个新的量,曲率宽度,去检查同步模型与伽玛射线暴(GRB)光谱的一致性.此量用于测量GRB中辐射能谱(νFν,ν和Fν分别是频率和随频率变化的能量流量)峰值处的光谱拐折锐度.然后使用它检查了理论同步模型与观测到的GRB光谱之间的一致性.首先计算几种典型的同步模型的曲率宽度,包括单能、单幂律和拐折幂律电子同步模型.其次从Fermi/GBM (Gamma-ray Burst Monitor)长GRB时间分辨光谱目录中选择包含1198个光谱的GRB样本,将光谱与常用的经验模型拟合,并计算最佳拟合模型的光谱曲率宽度.通过比较两个曲率宽度,发现大多数样本与同步模型不一致,因为同步模型的光谱拐折比数据的光谱拐折更加平滑.结果表明同步模型很难适合大多数观测到的GRB光谱.此外,在暴脉冲中发现光子流量和曲率宽度之间存在强的反相关性,这表明流量越高,光谱拐折越尖锐,或者与同步模型的偏差就越大.     

强磁场中相对论电子系集体的共振逆康普顿散射谱

强磁场中相对论电子的共振逆康普顿散射(RICS)是产生伽玛射线的有效机制.以前的工作曾论证,伽玛暴(GRB)的早期伽玛射线辐射可能主要由该机制产生.利用此辐射机制,伽玛暴研究中的一些困惑有可能得到较好的解释.例如,观测统计给出的"Amati关系"的起源,两段式(折断式)幂律谱的形成,特别是其中"死线问题"的解决方案,还有偏振的存在等.这里将重点讨论折断幂律谱形成问题.基于单个电子的RICS谱功率公式,导出了强磁场中大量相对论电子穿过周边低频辐射场时产生的集体RICS辐射谱(RICS谱光度)的简化解析公式,并将它应用于中子星周边几种典型的低频场(如黑体辐射场、幂律辐射场以及热轫致辐射场),以便与实际观测谱形比较.计算表明:在满足匹配条件(即近似共振条件)下,RICS辐射效率很高,其谱形普遍为两段式的幂律谱形式,与周边低频场性质无关.还论证RICS机制可能是伽玛暴、软伽玛重复暴和伽玛射线脉冲星在高能射线波段(硬X射线和伽玛射线)的一个理想的高效辐射机制.     

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     

基于Beaming模型的γ暴统计分析

本文假定γ暴来自相对论性Beaming，其方向满足随机分布，γ暴在自己的静止参考系中满足标准烛光和幂律谱假设．假设暴的发生率密度在Ω＝1，A＝0的Friedmann宇宙模型下，共动坐标系中是常数,模型对于Beaming的速度非常敏感,当络仑兹因子г值小于10幂律谱指数小于1时，计算的统计分布与弱暴的BATSE数据及强暴的PVO数据分布一致．     

平谱射电类星体在逆康普顿机制中软光子来源的研究

为了验证逆康普顿机制的主导过程以及主导过程中软光子的起源,通过文献收集了75个平谱射电类星体(Flat-Spectrum Radio Quasar, FSRQ)多波段的(准)同时数据,并利用对数抛物线函数拟合了频谱能量分布,分析同步峰流量与逆康普顿峰之比和多普勒因子的关系,运用自举法(Bootstrapping)计算了样本的种子因子(Seed Factor, SF)分布,用于调查软光子的起源。分析结果如下:(1)在轻子模型框架下,整个样本与子样本log[U_B(νF_ν)_(EC)/U_(ext)(νF_ν)_(syn)]和logδ的显著相关性表明,平谱射电类星体的高能辐射优先由外康普顿过程主导。(2)对于相对低同步峰的峰频种群,观测的种子因子分布与理论上尘埃环(Dust Torus, DT)的种子因子范围相交,表明逆康普顿过程中的软光子很可能由尘埃环主导;而对于相对高同步峰的峰频种群,观测的种子因子超过了宽线区(Broad-Line Region, BLR)或尘埃环种子因子的范围,因此无法确定软光子的来源。     

基于Beaming模型的γ暴统计分析

本假定γ暴来自对论性Ｂｅａｍｉｎｇ其方向满足随机分布，γ暴在自己的静止参考系中满足标准烛光和幂律谱假设，假设暴的发生率密度在Ω＝１，Ａ＝０的Ｆｒｉｅｄｍａｎｎ宇宙模型下，共动坐标系中是常数，模型对于Ｂｅａｍｉｎｇ的速度非常敏感，当洛仑兹因子Г值小于１０幂律谱指数小于１时，计算的统计分布与弱暴的ＢＡＴＳＥ数据及强暴的ＰＶＯ数据分布一致。     

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.     

地球特洛伊天体稳定区域研究

第1颗地球特洛伊天体2010 TK7的发现暗示了可能存在大量未发现的地球特洛伊天体.进行了大量数值模拟并结合频谱分析方法,在初始轨道根数(a,i)平面上,给出了日地系L_4拉格朗日点附近特洛伊天体的稳定分布区域.得到的地球特洛伊天体稳定区域相对前人的结果偏小,完全排除了初始轨道倾角超过37o的稳定区域.细致分析了该稳定区域分布图中的精细结构,发现多种长期共振包括近日点进动ν_2-ν_8长期共振均对地球特洛伊天体的稳定性区域分布具有重要影响,少数轨道还受升交点共振ν_(14)的影响,导致轨道倾角的激发.在(a,i)平面的不同位置处,不同共振的影响程度和影响方式并不一致.     

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.     

快速冷却电子的精确同步辐射谱与GRB辐射

普遍认为内激波中电子的同步辐射是γ射线暴快速光变辐射的主要辐射机制,但理论预言与观测结果始终符合不好.确认在内激波中电子因辐射损失而快速冷却,分析指出以往研究中求得的快速冷却电子同步辐射谱只是一个粗略的结果,由数值计算求得单电子快速冷却时的精确同步辐射谱,从而用一个统一模型合理解释观测到的长γ暴低能谱指数α的分布,拟合α与vFv谱的峰值能量Ep之间的相关.     

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。     

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.     

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...