500m口径球面射电天文望远镜(FAST)对高红移伽玛暴余辉的探测

伽玛射线暴(简称伽玛暴)可以发生在很远的宇宙深处,其余辉(尤其射电余辉)的长时标发射使得长期观测成为可能,从而可测量其红移并证认宇宙学起源和研究寄主星系性质。随着红移的增大,伽玛暴射电余辉的流量密度也会随之减少,这对高红移伽玛暴的探测造成一定的困难。然而,500 m口径球面射电天文望远镜(FAST)具有很高的探测灵敏度,利于对暗弱的高红移暴的观测。我们利用余辉动力学模型分析了射电余辉流量密度随红移(距离)的变化关系,以此评估FAST对高红移射电余辉的观测能力,同时预测其对不同类型伽玛暴射电余辉的探测率。     

伽玛暴光学余辉中的双喷流成份行为

伽玛暴余辉的双拐折行为可以用双喷流成份结构模型得到较好的解释,但至今其物理参数还未解。为给出其相应的物理参数,文中将对具有双喷流成份的伽玛暴光学余辉进行统计分析,用外激波模型时域指数α和频域指数β的关系(closure relation)对数据进行限制,得到GRB 071003,GRB 080319B,GRB 090426和GRB 100219A共4个具有外激波模型的伽玛暴双成份喷流特征。这些伽玛暴第一个喷流成份的张角都在1°以内,而第二个喷流成份的张角增大到2°~7°,与单成份喷流的张角一致。其各向同性辐射能量在1051~1054erg,电子谱指数p约为2,比典型值2.3硬。长暴能较好符合Amati关系。     

特殊伽玛暴及伽玛暴的特殊辐射成分

伽玛射线暴(伽玛暴)的探测从其被发现以来,已经获得了大量的伽玛射线观测结果以及多波段的余辉观测结果,但是X射线能区的爆发阶段的瞬时辐射还比较缺乏观测数据.爱因斯坦探针(EP)是软X射线能区(0.5–4 keV)的大视场(1.1 sr)望远镜,为伽玛暴的X射线瞬时辐射的观测带来全新的时间窗口.本文讨论了EP对富X射线辐射的特殊伽玛暴或伽玛暴的特殊辐射成分进行了预期研究,特别是研究了X射线闪、低光度伽玛暴、超长伽玛暴和伽玛暴的先兆辐射.我们发现,EP预期能每年探测到约810个伽玛暴类爆发事件,其中95%为能谱较软的X射线闪,将近1%为典型伽玛暴;EP预期能每年探测到0.2–8个低光度伽玛暴,具体探测率依赖于低光度暴能谱硬度的分布;EP预期每年至少能探测到20–200个超长伽玛暴;EP有望探测到大量的、目前人们非常缺乏了解的伽玛暴先兆辐射,至少每年80个事件.综合这些情况,预计EP将对伽玛暴的分类、前身星特性、爆发机制和喷流特性等方面的研究具有重要意义.     

伽玛射线暴的高能辐射

伽玛暴是宇宙中最剧烈的恒星级高能爆发现象,一般被认为产生于大质量恒星死亡(一些爆发时标长于2 s的伽玛暴在观测上被证实与一类特殊的超新星成协)或者双致密星(比如双中子星系统)并合(这类并合时标很短,可产生时标短于2 s的伽玛暴).工作在8 ke V–300 Ge V能段的Fermi伽玛射线空间望远镜自2008年升空工作之后,伽玛暴瞬时辐射和高能辐射研究取得了重要进展.本综述将介绍Fermi卫星在过去几年内关于伽玛暴领域的一些重要观测结果,并着重介绍这些观测对探索伽玛暴物理(伽玛暴外流体的光球辐射、磁化、Ge V高能辐射起源),特别是Fermi卫星大面积望远镜(LAT)的高能(100 Me V)辐射观测对限制伽玛暴初始速度/洛伦兹因子,限制宇宙河外背景光模型以及检验光速不变原理等方面的主要研究进展.     

费米伽玛射线空间望远镜最初3个月观测Blazar的射电和伽玛射线辐射研究

以费米伽玛射线空间望远镜运行来最初3个月观测的Blazar为样本,给出了74个(46个平谱射电类星体,28个BL Lac天体)伽玛射线噪Blazar天体的射电(5 GHz)和伽玛射线流量,计算了射电到伽玛射线辐射的有效谱指数αRγ.研究了有效谱指数及射电光度与伽玛射线光度的关系.结果表明:对于射电和伽玛射线光度都有一个...     

GRB 980703射电、光学和红外余辉的数值模拟研究

GRB 980703有丰富的多波段余辉观测数据. 特别是它的射电余辉非常明亮以至于在爆发后1000多天还能被观测到. 此外, 它的多波段余辉光变曲线中没有特殊的特征, 也就是说没有增亮、平台、快速衰减或缓慢衰减等现象. 以上这些特点使得GRB 980703成为伽玛暴研究领域中一个十分难得的样本. 在本文中利用GRB 980703的观测数据来详细地检验伽玛暴余辉的标准火球模型, 计算结果表明火球模型可以满意地解释伽玛暴多波段余辉光变曲线的行为. 拟合得到的GRB 980703的物理参数如下： 喷流的半张角约为Θ0≈0.23 radian; 暴周围环境介质密度约为n≈27cm-3; 火球各向同性总能量约为E0≈3.8×1052 ergs; 伽玛暴寄主星系对视线方向的消光贡献约为AV≈2.5 mag.     

引力波事件GW170817的电磁对应体

2017年8月17日,激光干涉引力波天文台(LIGO)首次探测到来自双中子星合并的引力波GW170817.伴随GW170817的短伽玛射线暴与千新星也分别在1.74 s后和10.9 h后被伽玛射线卫星和光学望远镜探测到.对这些电磁对应体的观测与研究首次证实双中子星并合会产生大量重元素并形成千新星.通过相关理论与观测的比较,人们对于双中子星并合的中心引擎、短伽玛暴喷流的特性以及并合产生的抛射物性质等一系列重要的天体物理学问题进行了空前深入的研究.本文介绍伴随GW170817的各类电磁波对应体的性质,并探讨这些电磁波对应体的物理起源.     

磁化喷流的正反激波动力学

伽玛射线暴是宇宙中最剧烈的伽玛射线爆发现象之一.由物质主导的激波过程已经被广泛的研究过.观测表明,伽玛射线暴爆发时所产生的喷流可能是磁化的,磁化喷流与星际介质相互作用产生的正反激波和以纯物质主导的喷流情形有很大不同.对比Zhang和Kobayashi在理想磁流体力学条件下给出了正反激波的解析解,本文推导了磁化喷流正反激波的一般动力学方程,并对一些关键参数作了数值求解.     

各向同性火球中考虑同步自吸收的伽玛暴余辉

基于Huang,Y．F．等人的统一动力学模型，研究了星际介质环境下各向同性火球所抛壳层的动力学量随时间的演化，考虑了同步自吸收效应，用数值计算方法得到不同频率下随时间演化的伽玛暴余辉，同柱状喷流下伽玛暴余辉比较，得出相应结论．     

伽玛射线噪Blazar的亮温度研究

通过Blazar的伽玛射线光度与亮温度的关系讨论了伽玛辐射的喷流效应.从一些文献中收集了50个伽玛射线噪Blazar天体的伽玛射线、X射线资料和相应的亮温度.该样本中包括16个蝎虎天体(BL Lac)和34个平谱射电类星体(FSRQs).研究了光度与亮温度之间的关系,结果表明亮温度与伽玛射线和X射线光度都存在相关,这一结果说明伽玛射线和X射线都具有强喷流效应.     

FAST的进展——科学、技术与设备

随着射电天文学的发展,高灵敏度的大口径射电望远镜成为射电观测的重要设备.我国正在建设中的500 m口径球面射电望远镜(FAST)将成为世界上最大、最灵敏的单口径射电望远镜,它有望在中性氢巡视、脉冲星搜索、国际VLBI网联测及地外生命搜寻等重要前沿领域取得突破.本文介绍了FAST工程概念的提出及望远镜概况,列出了FAST的主要科学目标及早期科学准备,重点叙述了FAST工程在科学、技术与设备方面的最新进展,并对FAST工程的发展做出了展望.     

中红移BCG的X射线性质

最亮团星系(brightest cluster galaxy, BCG)的X射线起源尚不清楚. 射电喷流与径移主导吸积流(advection-dominated accretion flows, ADAF)是2种主要可能的物理起源机制. 2种模型中是否存在主导模型或模型间是否存在关系并不明确, 而且不是所有BCG都存在X射线辐射. 为探究BCG的X射线性质, 进一步了解X射线物理起源机制, 本文选取钱德拉塞卡X射线望远镜(Chandra X-ray observatory, 简称Chandra) 数据存档红移范围0.2相似文献   

高红移爆发源作为早期宇宙和第一代天体的探针

伽玛暴是宇宙中最为明亮的爆发现象,由于它们的高光度,人们可探测到发生在极早期宇宙处的伽玛暴.高红移伽玛暴可作为宇宙深处的灯塔,它们是探索早期宇宙性质的理想工具.利用高红移伽玛暴可以限制暗能量和宇宙学参数,测量高红移的恒星形成率,揭示第一代天体的性质,研究宇宙再电离和金属增丰历史.因此,高红移伽玛暴的观测具有重要的科学意义.相比目前的探测卫星,爱因斯坦探针(EP)拥有更高的灵敏度和更宽的观测视场,且主要观测能段为软X射线波段(0.5–4 keV),非常适合高红移伽玛暴的观测.考虑EP的能力和观测模式,并且借助能够很好解释目前Swift卫星的伽玛暴观测样本的理论模型,详细计算了未来EP对高红移伽玛暴的可能探测率.我们预测EP对z6伽玛暴的探测率约为20 events yr~(-1) sr~(-1),对z8伽玛暴的探测率约为6 events yr~(-1) sr~(-1),对z12伽玛暴的探测率约为1 events yr~(-1) sr~(-1).估计在3年的运行时间内,EP将能探测到约65个z6的伽玛暴,其中包括~20个z8的伽玛暴和~3个z12的伽玛暴.总之,EP有望显著提高高红移伽玛暴的观测能力,这些丰富的观测信息将很有可能揭开早期宇宙的部分科学谜团.     

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<正>(新闻时段20152015-08-01至20152015-08-15)1我国FAST望远镜装上首个反射单元[核心媒体报道频次:25/30]2日,中国500 m口径球面射电望远镜(FAST)大科学工程的重要部件——第一个拼装检测合格的反射单元,在贵州平塘克度镇FAST工程现场成功吊装。未来数月内,4450个反射单元将拼出30个足球场大的接收面积,以捕捉远在百亿光年外的射电信号。     

朱雀卫星伽玛暴持续时间的分布

伽玛暴持续时间的分布是对伽玛暴进行分类的一个依据。本文利用高斯混合模型和最大期望算法对朱雀卫星2005年至2014年在轨运行期间所探测到的741个伽玛暴持续时间的分布进行了分析,同时利用贝叶斯信息准则比较了具有不同高斯成分个数的模型。分析结果支持双高斯成分的模型比其他模型更好的描述了朱雀卫星所探测到的伽玛暴持续时间的分布,同时这一结论与其他卫星数据的分析结果一致,均支持存在两种类型的伽玛暴。     

FAST望远镜观测项目管理系统框架设计

500 m口径球面射电望远镜(FAST)是中国正在贵州建设的重大科学工程,目标是建成世界上最大的单口径射电望远镜。本文阐述FAST望远镜的自身特点和FAST观测管理系统的基本框架,归纳总结FAST的观测流程,并结合国内外不同望远镜的观测项目管理模式,提出适用于FAST的观测项目管理系统的总体架构,为FAST以后的观测提供技术支持。     

OJ287天体的射电结构研究

OJ287是一个典型的BL Lac型天体,研究该天体对于理解BL Lac型天体有非常重要的意义。为了研究OJ287天体的射电结构、亮温度等性质,本文搜集有关该天体的甚长基线射电望远镜阵(VLBA) 2 cm观测数据(1995—2018年),并把这些观测数据分别单个导入DIFMAP程序软件进行成图和分量处理、拟合,得到以下结果:OJ287天体在VLBA 2 cm波段的喷流方向(单侧的且方向向右),该天体的总流量,该天体的喷流各模型成分的流量、大小、方位角,喷流各模型成分离核心的距离,以及该天体的射电亮温度(1011.8"1015.0K)。由此可知,OJ287是一个高光度且光度变化非常快的天体,其喷流结构相当复杂。     

脉冲星单脉冲与闪烁分析软件设计

射电脉冲星天文学中,单脉冲与闪烁研究探求脉冲星辐射机制与星际电离介质属性。这两个领域的研究为五百米口径球面射电望远镜(FAST)的规划内重要科研项目。作为FAST脉冲星数据处理软件平台建设的一部分,本工作运用国际通用PSRFITS折叠模式数据操作软件PSRCHIVE的共享库,设计完成程序,PEM(Pulse Energy Measurer),PDA(Pulse Drifting Analyzer)和PSA(Pulsar Scintillation Analyzer)。这些程序可分别用于单脉冲能量分布,子脉冲漂移和衍射式强闪烁领域的数据分析,将用于FAST开展相关领域的研究。     

基于GPS的FAST望远镜馈源平台自动测量控制系统

500m直径大射电望远镜(简称FAST望远镜)的跟踪观测是由馈源的空间运动来实现,因此馈源在搜索运动过程中要保持很高的稳定性。就馈源平台自动控制系统对位置和姿态测量精度要求进行分析,提出了采用实时动态技术和全球定位系统(GPS)姿态测量技术进行馈源平台的实时监控,以实现整个FAST望远镜对宇宙射电源的自动化跟踪。介绍了GPS时实动态姿态测量原理和FAST监测系统的构成,以及姿态测量的数学模型和解算方法。该方法在50mFAST馈源模型上试验得到馈源平台中心点位精度为5.65mm、姿态精度0.345°可以满足FAST望远镜一次支撑的精度要求。     

费米耀变体喷流功率与黑洞质量的相关性研究

喷流的形成与黑洞密不可分,讨论黑洞质量与喷流功率的关系有助于研究喷流的形成与结构.从文献资料中收集了70个耀变体源,包括35个蝎虎天体(BL Lacs),35个平谱射电类星体(FSRQs).通过样本数据分别研究两类耀变体黑洞质量与喷流功率的相关性.研究结果表明,去除集束效应后,平谱射电类星体的黑洞质量与喷流功率具有强相关性,而蝎虎天体的黑洞质量与喷流功率的相关性很弱.黑洞质量对黑洞喷流的形成具有主导作用.这些研究结果与其他方法获得的结果是一致的.