伽玛射线暴暴本身、余辉和宿主星系的统计探究

摘要

伽玛射线暴（简称为伽玛暴或GRB），在1967年首次由Vela卫星探测到。从九十年代起，人们对伽玛暴进行了大量的研究。伽玛暴是目前为止，人类所知的在遥远的星系最剧烈的爆发。即使人类对伽玛暴已经研究了很多年，但是伽玛暴的本质还不是很清楚。人们做了大量的统计工作，提出了各种各样的理论模型，希望能够发现伽玛暴的物理本质。最有名的是火球模型，认为伽玛暴是由相对论性的准直喷流产生的。 本论文的研究方向是，用6289个伽玛暴（从GRB910421到GRB160509A）的46个参数建立“数据统计大表格”，对不同参数进行初步的统计分析，并详细地分析了宿主星系的offset与伽玛暴暴本身参数的相关性，以及计算了GRB170817A的洛伦兹因子与观测角度。这一研究涉及到了伽玛暴不同观测参数的数据处理和分析，以及一些统计学知识。论文的结构如下：第一章回顾了伽玛暴的观测历史，瞬时辐射，余辉，宿主星系，和已有的统计研究结果。第二章详细地介绍了我们的“数据统计大表格”，包括数据来源，参数的详细介绍，数据处理，数据统计方法以及比较显著的初步统计结果。由于初步结果比较多，在本论文中我们只展示了一小部分的显著结果。我们的数据样本是目前为止最大的，这对于伽玛暴全面的统计是十分重要的。其中涉及到了很多统计方法，比较新颖的是多重借补的方法，这是一种很好地处理缺失数据的方法。第三章是关于宿主星系的offset与伽玛暴暴本身参数相关关系的详细分析。我们发现伽玛暴的持续时间和能量与offset都有负相关关系，我们将其解释为长暴和短暴不同的物理起源。一般认为，长暴起源于大质量恒星塌缩，而短暴起源于双致密星并合。在短暴中，能量与offset仍然具有负相关关系。这表明短暴的前身星可能分为黑洞中子星和双中子星并合两种。并且将两个特殊的伽玛暴GRB170817A和GRB060218A（二者的光度和offset都很小）与我们的统计结果做对比，发现这两个暴大部分情况下都是离群值，这也表明伽玛暴可能存在其它的子类。第四章统计了短暴的Amati关系，计算了GRB170817A的洛伦兹因子与观测角度，并且伽玛暴与耀变体遵循相同的多普勒因子与光度的关系，说明这两种物理现象可能有类似的物理机制。有趣的是GRB 170817A位于耀变体那一边。第五章是对本论文的工作总结，工作中仍然存在的问题以及对接下来工作的展望。 本论文提供了伽玛暴最完整的统计样本“数据统计大表格”，之后给出了初步统计结果。对其中的offset与伽玛暴暴本身的参数进行了详细的统计分析以及物理解释。统计了短暴的Amati关系，计算了GRB170817A的洛伦兹因子与观测角度。

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摘 要

Abstract

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1 伽玛射线暴的概述

1.1 伽玛射线暴的观测历史

1.2 伽玛射线暴的瞬时辐射观测

1.2.1 光变曲线

1.2.2 能谱

1.2.3 各类参数的详细解释

1.3 伽玛射线暴的余辉观测

1.3.1 早期余辉的观测

1.3.2 晚期余辉的观测

1.3.3 高能（大于100MeV）余辉的观测

1.4 伽玛射线暴的宿主星系

1.4.1 短暴的宿主星系

1.4.2 长暴的宿主星系

1.4.3 各类参数的详细解释

1.5 伽玛射线暴的统计研究

1.5.1 分类

1.5.2 经验关系

2 通过“数据统计大表格”对伽玛暴进行比较全面的统计分析

2.1 “数据统计大表格”包含的内容

2.2 数据分析采用的方法

2.2.1 误差借补

2.2.2 直方图与散点图

2.2.3 相关系数与相关比

2.2.4 线性回归

2.3 显著线性关系的结果分析

2.4 总结和讨论

3 宿主星系offset与伽玛射线暴暴本身参数的统计研究

3.1 数据样本

3.2 统计方法和结果分析

3.3 总结和讨论

4 估算GRB 170817A的洛伦兹因子和观测角度

4.1 相关关系

4.2 计算方法和结果

4.3 总结和讨论

5 总结和展望

5.1 工作总结

5.2 存在的问题

5.3 工作展望

附录 攻读博士学位期间发表的论文

致 谢

参考文献