伽玛射线暴：余辉激波模型含时参数扩展和EEP检验

摘要

伽玛射线暴（Gamma-ray burst,或GRBs）及其余辉（Aftergolws）是观测到的重要天文现象，研究它们，对于我们理解一大类的天体物理现象和过程——如伽玛暴中心引擎、活动星系核(AGN)喷流(它们的物理机制具有类似性)。而且，我们可以用天文观测来检验基本物理理论（如广义相对论、宇宙学原理等）。 伽玛射线暴及其余辉的研究要涉及诸多物理机制，如：辐射机制、流体力学、激波加速带点电粒子、狭义相对论集束效应等（研究伽玛暴中心引擎或吸积盘时，还要考虑广义相对论效应）；在研究其物理模型中，要涉及繁冗的代数计算——传统的手动计算变得越来越困难，所幸由于计算机科学的进步，我们现在可以用符号计算系统能很好地解决它。 本文内容包括伽玛暴余辉标准模型的含时参数扩展以及一个相关应用，即用伽玛暴的线偏振来检验爱因斯坦等效原理（EEP）。本文的特点是:（1）对物理概念与模型的阐述，我们取了须用到物理概念的“最小集合”，以期更容易理解。（2）简化计算的过程、凸显物理图像。（3）应用计算机代数系统Maple。文中有Maple介绍及我们的工作程序（附录2）。基于以上几点，我们力图提供一个合用的工作框架。 第一章是综述部分，简述伽玛暴的观测特征、伽玛暴内外激波模型、伽玛暴余辉标准模型，以描述研究方向的轮廓。 第二章简述与课题相关的物理机制，包括相对论球对称理想流体动力学、激波、相对论电子的同步辐射和逆康普顿散射、后牛顿近似，目的是为后续章节打基础。 第三章为本人所做的工作，伽玛射线暴余辉的相对论外激波模型（标准模型）的含时参数扩展。我们通过使四个参数依赖于时间，得到了一组普遍的动力学和辐射的公式。作为分析公式，还有其特殊优势——比较容易从中发现一些内在的规律性，例如：我们发现，在某些频段，辐射通量密度并不取决于数密度和环境密度改变的具体轮廓。 第四章论述我们所做的一个相关工作，即用GRB检验爱因斯坦等效原理(EEP)。利用天文观测数据来限制物理参数和验证基础物理理论，这个方向近年来在蓬勃发展。在本章中，我们提出一个新的限制PPN参数γ的方法，即利用GRB的线偏振光，我们导出一个对PPN参数γ的限制，比之前文献中给出的限制严格12个量级。新方法不仅可以应用到另一些类型的有线性偏振光的天体源，还可用于设计实验。 第五章是总结与展望。在展望部分，我们提出了几个与所做课题相关的一些看法和进一步研究的设想。 附录介绍我们工作中为了求得分析解所编的程序——多参数含时余辉模型的Maple代码，以及用Maple解微分方程，包括相似变量法。

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