基于外激波模型研究伽马射线暴的瞬时辐射和暴周环境

摘要

伽马射线暴（简称伽马暴，GRB）是宇宙中大质量恒星塌缩或者是双致密星并合产生的极端剧烈的爆发现象。在标准火球模型中，内激波产生伽马射线瞬时辐射，激波扫过星际介质产生多波段余辉。观测上，大部分伽马暴的瞬时辐射光变是非常剧烈的行为，这个一般认为是由于内激波引起的。但是有一些伽马暴的瞬时辐射光变是非常简单的单脉冲行为，对于这样的伽马暴，认为或许能够用更加简单的物理模型解释，其暴周环境也有可能不同于一般的伽马暴。
　　GRB120729A是一个光滑的单脉冲，其Swift/BAT光变能够很光滑地与Swift/XRT联接。利用加州大学KAIT望远镜的光学观测数据，联合Swift/XRT和Swift/BAT的数据研究GRB120729A的瞬时辐射和暴周环境。其瞬时辐射到余辉的光变可以分解为鼓包、正常衰减、缓慢衰减和喷流拐折四个阶段，这与外激波模型预言到的光变行为一致。通过对多波段数据的谱分析得到瞬时辐射到余辉的光子谱指数从1.36到1.75，其并没有明显的演化。基于标准外激波模型，考虑早期辐射的微观物理参数磁能均分因子εB随时间演化、及晚期能量注入，对观测数据进行很好限制，得到EK,iso=3.36×1054erg、Γ0=760、n=8cm-3、εe=0.01、εB=[9×10-5,4.0×10-6]、θj=0.02rad、L0=5.0×1050erg s-1、q=-0.1、ts=0s和te=3698s。非常早期阶段的εB(T＜T0+157s)从9.0×10-5演化到4.0×10-6，这能够用幂律拐折函数很好的拟合，拐折时间在tαB,b=8.0±1.6s，斜率为αB，1=0.18±0.04和αB，2=0.84±0.04。
　　为了对外激波起源的伽马暴进行系统研究，本工作搜索Swift卫星2004年到2017年12月1000多个伽马暴。其选择标准是瞬时辐射的光变是光滑的单脉冲、BAT与XRT数据光滑联接且流量衰减指数小于1.5、同时有早期X射线余辉和光学余辉数据且光变行为一致。通过大样本的搜索，仅发现GRB051111和070318的光变行为与GRB120729A相似，并理论上能用标准外激波模型+早期εB随时间演化进行解释。
　　进一步对GRB120729A和051111、070318的瞬时辐射探讨，在标准火球喷流成为主导的模型中，缺少由内激波产生的“瞬时辐射”确实让人难以理解，可能外流是波印廷流主导。磁化后的喷流，如果磁化因子σ合适，不但可以抑制内激波和光球层辐射，其反向激波成分同样被抑制。这与GRB120729A和051111、070318在光学没有观测到反向激波的成分相符。

目录

声明

摘要

1．1 观测特征

1．1．1 瞬时辐射观测

1．1．2 多波段余辉观测

1．2 瞬时辐射的理论模型

1．2．1 内激波模型

1．2．2 光球层辐射模型

1．2．3 ICMART模型

1．2．4 外激波模型

1．3 余辉模型

1．3．1 标准余辉模型

1．3．2 余辉的后标准效应

第二章 GRB 120729A：从瞬时辐射到余辉都起源于外激波模型

2．1 观测

2．1．1 瞬时辐射观测

2．1．2 余辉观测

2．2 时域和谱域特点

2．2．1 时域特点

2．2．2 谱域特点

2．2．3 α-β closure关系

2．3 基于外激波模型下的理论拟合

2．3．1 基于外激波模型下的理论拟合

2．3．2 磁能均分因子εB随时间的演化

2．4 小结和讨论

2．4．2 讨论

第三章 基于Swift卫星数据研究外激波起源的伽马射线暴

3．1 样本选择标准

3．2 数据分析

3．3 基于外激波模型下的理论拟合

3．4 小结和讨论

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况