X射线双星快速光变研究与伽玛暴的光度和红移统计

摘要

本文包括两个部分。第一部分是关于X射线双星快速光变的研究，含第一到第四章。第五到第七章为第二部分，是针对伽玛射线暴光度和红移分布的统计研究。
　　 X射线双星观测显示，在很宽的时标范围内它们具有相当强的X射线光变，时标最短可至毫秒。对此准周期现象(准周期震荡和噪声)的模型解释或涉及轨道运动，或涉及吸积流的不稳定性。总而言之，该现象应该是探测强引力场主导下流体动力学的潜在探针。本文第一章简单综述了X射线双星特别是低磁场中子星的快速光变。第二章中利用RXTE的观测数据，研究了在最亮的LMXB Sco X-1的HB和NB上部同时观测到的千赫兹QPO和0.5-16Hz范围的BLN，发现双千赫兹QPO频率与HB上BLN时标下的流量变化正相关。与之前发现的千赫兹QPO与NB上的NBO之间的反相关对照表明：尽管沿着色色图的迹BLN和NBO先后出现，但它们应该有不同的起源。我们还发现了双千赫兹QPO频率间隔随BLN流量的增大会减小2～3 Hz，这与在HB上长时标的变化趋势一致，说明与BLN相关的流量变化源自盘吸积流中的质量吸积率变化。这些结果为理解BLN提供了新的线索。在第三章中，利用上海天文台1.56米望远镜在2008年对ScoX-1的光学观测，研究了三个短时标(5s，10s，100s)下光学流量的涨落，发现其涨落的标准偏差分别在7σ，5σ和3σ的置信度上偏离高斯分布。这说明在一些短时标下强度的变化不同于纯粹的统计涨落，暗示着在光学辐射中可能存在本质的光变。第四章针对X射线双星快速光变研究中的一些问题做了一点讨论及展望。
　　 伽玛射线暴是观测到的一种来自天空任意方向的剧烈的爆发现象，具有宇宙学起源。本文主要针对长时标伽玛暴，一般认为它们起源于大质量恒星核心塌缩的过程。第五章对伽玛暴观测和理论发展进程做了一个简单的概述。第六章利用Swift伽玛暴数据，初步分析了伽玛暴观测(包括红移测量)中的选择效应。在扣除选择效应的影响后，研究了伽玛暴爆发率与恒星形成率之间比例关系的宇宙学演化。发现这种演化效应很可能基本来自于伽玛暴前身星对环境金属丰度的要求，如果该要求确如一些恒星理论所预言的。当然，如果我们去掉对金属丰度理论上的限制，那么就有可能存在除金属丰度效应之外额外的演化因素。与此同时，我们限制和辨别了两类流行的伽玛暴光度函数形式，即拐折幂律形式和单一幂律加低端指数衰减形式。结果显示观测数据更倾向于支持前一种模型。基于第六章的研究，我们在第七章中猜想了一种对选择效应更合理的描述，可同时表达选择效应对流量和红移的依赖情况。基于此，对伽玛暴爆发率与恒星形成率做了更仔细的定标，以使最终将此定标推广到高红移范围，从而能够更好地完成利用伽玛暴观测推断高红移恒星形成率的工作。
　　 本文的主要工作是对观测数据的分析，但行文中必然涉及对理论模型的探讨。因此为方便读者，附录A，B中分别介绍了X射线双星快速光变的分析方法和理论模型：附录C则对伽马暴的相关模型做了简要的介绍。