一种对伽玛暴瞬时谱的新解释

研究了幂律分布电子的同步曲率辐射在伽玛暴（gamma-ray burst,GRB）的物理条件下的表现,并用同步曲率辐射机制代替同步辐射来解释伽玛暴的瞬时谱,尤其是那些出现拐点和高能过剩的谱,还拟合了几个实际的有拐点和高能过剩的伽玛射线暴的瞬时谱.从中可以看出,同步曲率辐射机制对整个瞬时谱能够做出统一和合理的解释.在对高能过剩部分的解释中,同步曲率辐射机制不需再人为引入任何其他机制,因此可调参数少.此外,该机制还能对发射区磁场给出更加详细的描述,尤其是对磁场的曲率半径有了严格的约束,因此对磁场的形成机制给出严格的限制,支持了磁场产生于激波的理论模型.将来对更高能部分的更精细的观测将能够对我们的模型进行进一步检验.最后用同步曲率辐射对GRB 941017的谱的瞬时谱部分的演化进行了拟合和讨论.     

考虑同步自吸收的γ暴能谱

重点讨论有自吸收的γ射线暴余辉的能谱，考虑了在火球模型中同步加速辐射中的自吸收效应，用含有吸收系数的同步加速辐射谱公式计算了GRB970508余辉的辐射谱．解释了GRB970508射电和光学波段余辉的光变曲线的特征．     

伽马射线暴X射线余辉中星风—星际介质转变的行为

伽马射线暴(GRB)暴周环境是研究伽马暴物理的重要手段。其余辉的斜率"由陡变平"的行为可以用伽马暴暴周环境由星风向星际介质转变来解释,但至今还缺乏系统的样本搜寻。基于外激波模型,对2004年～2018年Swift卫星观测的X射线余辉进行系统的搜寻,寻找具有星风—星际介质转变特征的GRB,发现了6个GRB具有星风—星际介质转变的特征。对其进行模型拟合后,得到了一组最佳拟合结果相应的物理参数。结果表明:①星风—星际介质转变时间一般在暴后800～2 000 s,转变半径R_t在10~(16)～10~(17)cm,密度跳跃参数在4～10,电子谱指数p在2.1～2.6;②它们的各向同性动能E_(k,iso)在10~(53)～10~(54) erg,与一般长暴的典型值相比要小一些;③具有星风—星际介质转变的GRBs在喷流张角比较大,大部份大于10°。     

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。     

从谱演化方面的信息探讨GRB 061007的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴(简称伽玛暴),其红移为1.261.一方面,Swift/XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRT=1.68±0.01.另一方面,经由Faulkes Telescope South(简写为FTS)提供的BVRi'多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1.6左右.拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源.作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB 061007的暴周环境.分析的结果显示,X射线波段的谱指数β没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势.根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境.     

伽马射线暴

正伽马射线暴(简称伽马暴)是起源于大质量恒星坍缩(长伽马暴)或者致密双星并合(短伽马暴)等短时标极端剧烈的高能灾变天体,是宇宙大爆炸之后最猛烈的爆发现象,也是宇宙宏观速度最快的天体。伽马暴本身辐射及其余辉辐射来自新生黑洞或者磁星所驱动的极端相对论喷流,并且理论上预期其还伴随强引力波、高能中微子和高能宇宙线辐射。因此,伽马暴是研究黑洞     

曲率效应导致的伽马暴高能尾

根据"曲率效应",预言伽马暴随动谱中高能端的一根发射线可以形成观测谱中的一个翘起的高能尾.这解释了为什么从来没有在伽马暴中观测到窄发射线.翘尾的峰是洛仑兹因子的线性函数.这表明,当该发射线被证认时,翘尾峰可成为火球膨胀速度的指示器.     

从谱演化方面的信息探讨 GRB 061007 的暴周环境

GRB 061007是一个明亮的、长时标的伽玛射线暴（简称伽玛暴）,其红移为1．261．一方面,Swift／XRT观测到的数据显示,此暴X射线波段的光变曲线呈现出单一幂率形态,且幂率指数αXRt=1．68±0．01．另一方面,经由Faulkes Telescope South（简写为FTS）提供的BVRi’多波段光学余辉数据,作者分析发现其各波段光变曲线的幂率指数αOptical均在1．6左右．拟合得到的2个波段幂率指数如此相近,也就意味着此暴的X射线波段和光学波段具有同一起源．作者通过分析X射线波段和光学波段的谱演化情况,探究GRB061007的暴周环境．分析的结果显示,X射线波段的谱指数JB没有演化,而光学波段的谱有向蓝端演化的趋势．根据其光学波段谱的演化趋势,推测此暴的暴周环境不是均匀介质,而应是星风环境．     

同步自吸收对Gamma射线暴余辉的影响

考虑同步自吸收效应后,讨论了Gamma射线暴余辉的谱并展示了Gamma射线暴GRB970508余辉在光学波段的光变曲线,尽管光学余辉很复杂,所得到的结果仍然与观测结果符合的很好,因此不管是在火球＋激波模型还是在喷流模型中,都应该全面地研究同步自吸收效应和内部能源机制,以使理论计算更好的拟合观测到的光变曲线。     

γ射线暴火球模型的光学余辉辐射

按照γ射线暴火球模型的动力学演化规律,利用相对论电子在磁场中作同步加速辐射时谱分布的特点,用求峰值频率辐射的方法,计算了γ射线暴红光波段余辉辐射流量随时间的变化与γ射线暴GRB970228的观测结果比较,符合甚好,说明同步加速辐射是γ射线暴余辉主要的辐射机制,也进一步证明了火球模型的正确。     

双高斯喷流结构及其形成过程:来自GRB 170817A余辉的限制

短时标伽马射线暴(简称短暴) GRB 170817A是人类发现的第一个与引力波事件成协的伽马暴,为深入研究短暴的发生机制提供了宝贵的机会,其中它的多波段余辉辐射很可能展示了喷流的角向结构.而有关短暴的大样本统计研究表明,如果用高斯函数来唯象描述喷流结构,很可能需要引入两个高斯函数才能够把GRB170817A的辐射和其他普通的短暴统一起来.换言之, GRB 170817A的瞬时辐射很可能来自具有更大张角的额外喷流成分.因此,为了检验这种双高斯喷流结构和GRB 170817A余辉数据的相容性,本文计算了该喷流结构在偏轴观测下的多波段余辉,发现外高斯成分的引入能够很好地解释GRB 170817A余辉数据的早期上扬趋势.在此基础上,我们还计算了喷流在并合抛射物中的传播和突破过程,表明这些过程可以自然导致观测限制所得的双高斯喷流结构,从而展现出了模型的整体自洽性.此外,对喷流传播过程的观测限制也为我们了解并合抛射物的性质提供了新的线索.     

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.     

Fermi blazar的射电谱指数性质

以Fermi/LAT 4FGL-DR3中blazar为样本,绘制了其射电能谱图(logf_ν-logν).根据散点的分布趋势,分别用一次、二次或三次曲线对能谱进行了拟合,最后得到2347个blazar的能谱及其拟合曲线的参数.根据拟合结果给出了0.05, 0.1, 0.5, 1.4, 5, 8, 15, 50和150 GHz等9个频率处的射电谱指数.讨论了平均谱指数随频率的变化,以及同步辐射谱曲率与射电谱指数的关系.结果表明:平均射电谱指数在-0.1–1的范围内变化,在1–50 GHz频率范围内,谱指数变化幅度最小(0–0.2);在同一频率处,不同子类blazar的平均谱指数不同,且有■;随着射电辐射频率的增加,平均谱指数先减小后增加,呈开口向上的抛物线形状;按照散点的分布趋势,射电能谱图可分成3种类型(Λ, V和S型), 3种类型源的射电谱均应是小尺度和大尺度喷流辐射成分的合成,但Λ与V型源中的2种成分可能不同;各子类blazar的同步辐射谱曲率与射电谱指数有较好的正相关关系,射电辐射对低同步峰频BL Lac (LBL)、平谱射电源(FSRQ)、高同步峰频BL L...     

高能天体物理对某些物理基础的检验及启示

首先简要介绍天文学中的某些新探索;其次讨论天体磁场和天文学中可能存在的电磁广义相对论;第三研究高能天体物理和Pauli不相容原理(PEP)的适用性;第四探讨天文学中能够提供的信息,提出太阳系中各个行星的偏心率、天体演化方向等问题,并且讨论太阳中微子和新模型;第五探索γ射线暴(GRB)和轻子星;最后讨论宇宙时间,探讨地球的最终命运和人类可能的宇航.     

Fermi Blazar天体同步辐射区域的能谱演化研究

收集了180个Fermi Blazar天体的射电波段、红外波段、光学波段、紫外波段和X射线波段的准同时性多波段观测数据,用二次函数拟合了同步辐射区域的能谱,根据能谱拟合得到的参数值,获得了同步辐射区域的峰值频率和多波段能谱指数.通过研究多波段谱指数与同步峰值频率的相关性,探讨了不同能谱类型的Blazar天体之间的演化规律.     

TeV耀变体的高能伽玛射线辐射研究

基于双幂率电子谱,考虑了源内极端相对论性电子的逆康普顿散射过程和源外极端相对论性质子与背景光子相互作用(pγ相互作用)对高能伽玛射线辐射能谱的贡献。结合Fermi-LAT最新的观测结果,假定一个合理的电子谱和质子谱,将模型应用于TeV耀变体PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱。研究结果表明,上述过程能产生PKS 2155-304宁静态下的多波段辐射能谱,且pγ相互作用产生的次级辐射对高能伽玛射线能谱有明显的贡献。     

Cyg X-1 X射线短暴特性与康普顿化模型的比较

为了解释致密天体高能辐射的时延现象和能谱等特征,多种致密天体X射线辐射源的理论模型先后被提出。但是,目前尚没有一种模型能够完全解释X射线的高能辐射现象,即现有的理论模型还不够完善。通过对X射线辐射源时延现象和短暴半高宽随能量变化这两个特性的讨论,并尝试将Cyg X-1的观测结果与康普顿化模型进行比较,对原模型给出更多的限制从而建立更为合理的新模型。     

Fermi/GBM伽马暴的谱能关系

选取10个已知红移的单峰Fermi/GBM长暴,采用交叉相关函数计算第1与第3能道之间的相对能谱延迟(R_(SL)).研究发现,伽马暴的R_(SL)s分别与峰值光度和红移相关,所得结果与已报道文献中利用BATSE暴得到的结果相符合.这意味着R_(SL)与峰值光度和红移的相关关系不受探测仪器选择效应的影响.这表明R_(SL)可以作为一个可能的宇宙红移探测指示器用于宇宙学参数的测量.利用这些Fermi/GBM伽马暴样本,通过重新分析发现峰值能量与峰值光度、各向同性能存在较强相关.这些关系与从BATSE暴中得到的结果不一致,而与从Swift暴得到的结果符合.     

Blazars多波段辐射机制研究

基于均匀同步自康普顿模型,用双幂率电子谱分布对Fermi-LAT观测到的有高能辐射的TeV Blazar源Mark 421、3C 273、PKS 2155-304的辐射能谱进行计算,并考虑了河外背景光(EBL)的吸收,对谱形做了修正。计算结果与TeV Blazar源Mark 421、3C 273、PKS 2155-304宁静状态下的多波段准同时性观测结果符合得很好,由此得到TeV Blazar源宁静状态下喷流磁场、多普勒因子,电子数密度等几何参数和物理参数。     

基于轻子模型的Mrk 421光变特性分析

收集了Mrk 421(z=0.031)在31个不同时段的观测数据,运用同步自康普顿(SSC)模型进行拟合,得到了Mrk 421的拟合参数,计算并分析了物理参量之间的相关性.分析得出结果如下:(1)P_p(质子功率)P_e(相对论电子功率)P_r(喷流的辐射功率)P_B(坡印廷流量功率),说明喷流过程是粒子主导;(2)电子谱的截断洛伦兹因子γ_b越大辐射冷却的效果越弱;(3)Mrk 421的峰值光度比值与磁场强度B的关系暗示,当磁场增强时同步辐射的冷却作用在整个喷流的冷却过程中也增强;(4)γ_b与磁场强度B的关系表明电子能谱变化与磁场变化密切相关.