利用ARGO-YBJ实验中“双前峰面”事例研究GRBs在10-100GeV能段的光子辐射

摘要

γ射线暴（Gamma-Ray Bursts，简称GRBs）是ARGO-YBJ实验的重要物理目标之一，其研究一直是天文学界的热点。自1967年人类首次利用Vela卫星发现GRBs以来，大量的卫星探测器和地面实验不断加入到研究GRBs的热潮中。50多年来，卫星实验共观测到5000多个keV-MeV能区的GRBs，其中约500个GRBs观测到红移，目前为止至少可以确定这些观测到红移的GRBs的起源是来自于宇宙学距离。所有 GRBs 都起源于宇宙学距离吗？是否有起源于银河系内的GRBs呢？ 由于卫星实验在空间条件下受到接收面积、制造成本的制约，其探测 GRBs的能量范围主要在keV-MeV能区。高能GRBs的寻找可为GRBs源距离的下限提供信息。EGRET和Fermi-LAT卫星观测到约80个GRBs伴随有GeV能区的光子辐射，从而说明了GRBs的能谱可以向GeV及以上能区扩展。ARGO-YBJ实验是世界上第一次采用全覆盖的RPC“地毯”阵列，该实验中的“双前峰面”事例可以将原初粒子的观测阈能降低到几十个GeV，较低的阈能与Fermi卫星的探测能区有效连接，加上EAS阵列特有的全天候、大视场优势，ARGO-YBJ实验在探测高能GRBs方面具有独特的优势。本文利用ARGO-YBJ中的“双前峰面”事例研究GRBs在10-100GeV能段的光子辐射，主要做了以下几部分工作。 第一：对ARGO-YBJ实验中的“双前峰面”事例进行了重建，并分析了该类事例的特点。第二：对GRBs寻找中的本底估计进行了优化。ARGO-YBJ实验不能分辨光子和质子，要在大量的宇宙线事例中找出光子信号，就必须准确估计背景事例率。由于地球的自转，天顶角随着时间的变化而变化，本文考虑了长暴在其持续时间内天顶角变化的因素，从而更加准确的进行了本底估计。在此基础上模拟研究了“双前峰面”事例寻找 GRBs的灵敏度。第三：利用 “双前峰面”事例，与进入 ARGO-YBJ 视场的Fermi卫星观测到的γ射线暴，在10~100GeV能区进行了高能光子的符合寻找。让人遗憾的是在这些寻找中显著性最高事例团的超出都不足以认定为GRBs。 可见，ARGO-YBJ实验探测GRBs的灵敏度还不够。正在建设中的LHAASO实验，其灵敏度更高，该实验在GRBs的寻找中有望取得突破性的成绩。

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