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作者：蒋璐遥广西大学

学位级别：硕士

伽马暴喷流成分仍然是一个基本问题,火球模型预言的热成分只在极少数的伽马暴中被发现,大部分伽马暴都能被一个Band函数描述。本论文基于Fermi卫星数据,主要探究有多少比例的伽马暴能够观测到明显的热成分,其物理参数的数值如何?目前这... 详细信息

伽马暴喷流成分仍然是一个基本问题,火球模型预言的热成分只在极少数的伽马暴中被发现,大部分伽马暴都能被一个Band函数描述。本论文基于Fermi卫星数据,主要探究有多少比例的伽马暴能够观测到明显的热成分,其物理参数的数值如何?目前这些工作都没有进行系统研究。本工作基于2008-2019年Fermi卫星探测到的517个亮伽马暴,通过比较常见的各种谱模型,利用贝叶斯判断准则（BIC）,系统研究伽马暴瞬时辐射中的热成分现象。主要结果有:（1）寻找到32个伽马暴瞬时辐射谱中具有明显的热成分候选源（占总数比为6.2%）,其中金样本的伽马暴候选源有19个,银样本候选源有9个,铜样本候选源有4个。结果表明瞬时辐射中的热成分的伽马暴比例小于6.2%。（2）基于这些样本,对其黑体温度和流量等一些观测值进行统计,得到黑体温度kT在时间积分谱和分辨谱中的典型值分别为log（kT/keV）=（1.36±0.16）和log（kT/keV）=（1.42±0.27）,黑体流量与观测总流量比值fth的典型值分别为log fth=（-1.71±0.52）和 logfth=（-1.46 ±0.45）。（3）基于混合光球层模型,本工作对8个具有红移的热成份金样本候选源的物理参数进行系统分析,在中心引擎半径r0=107 cm、r0=108 cm和r0=109 cm情况下的结果为:1)中心引擎的磁化因子1+σ0的典型值较小,大约为1、1和log（1+σ0）=1.2±0.4,表明在r0越小时,其值越小;2)无量纲化熵η的典型值大约为logη=3.2±1.8、logη=2.4±1.6和logη=2.1 ±0.8结果表明在r0越小时,其值越大;3)光球层半径rph的典型值分别为log（rph/cm）=12.0±0.5、log（rph/cm）=11.9±0.5 和 log（rph/cm）=11.8±0.5;4)光球层的体洛伦兹因子Γph的典型值大约为logΓpn=3.0±0.6、logΓph=3.1±0.8和logΓph=2.4±0.5;5)光球层的磁化因子 1+σph在r0=107 cm、r0=108 cm典型值为 1,r0=109 cm时,分布大致在log（1+σph）=1.2;6)距离中心引擎1015 cm处的磁化因子1+σ15的大部分为1,最大值为6.5。（4）本工作还分析了热成分候选源参数之间相关性关系发现:kT-FBB、kT—η、kT—rph、Γph-kT和rph-Γph之间存在相关关系。在搜索样本的过程中发现GRB 130310A非常特殊,在暴的早期存在热成分（kT～6keV）,而且有一个非常高的峰值能量Ep约为9265.0 keV,Ep呈“由硬到软”的模式。Ep-Liso关系图表明,高Ep不是来自于非饱和耗散光球层模型。通过假设红移z=0.1至8,当r0～109 cm时存在1+σ15＞1,但其红移在约为3的区域时1+σ15=1,说明其高Ep起源于ICMART的概率较低。光球层-内激波模型可以解释高峰值能量Ep,这需要电子的洛伦兹因子达到γe～60和εe～0.06。

关键词：伽马暴瞬时辐射热成分混合光球层模型

伽玛暴X射线耀发及热成分研究 ——以GRB 170519A和GRB 190109A为例

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伽玛暴X射线耀发及热成分研究 ——以G...

作者：李瑞全广西大学

学位级别：硕士

伽玛暴火球光球层模型、Cocoon模型等均预言其能谱应存在热成份,然而有热成分的伽玛暴很少被探测到,尤其是在整个瞬时辐射具有明显热成分的样本。观测显示在X射线耀发存在有热成分的现象,其物理起源也还没有明确的解释。本工作以GRB 170... 详细信息

伽玛暴火球光球层模型、Cocoon模型等均预言其能谱应存在热成份,然而有热成分的伽玛暴很少被探测到,尤其是在整个瞬时辐射具有明显热成分的样本。观测显示在X射线耀发存在有热成分的现象,其物理起源也还没有明确的解释。本工作以GRB 170519A（红移z=0.818）和GRB 190109A为例对伽玛暴中热成份起源及X射线耀发起源进行研究。Swift/XRT观测到明亮的GRB 170519A X射线耀发为特征,KIAT（The Katzman Automatic Imaging Telescope）等望远镜对 GRB 170519A 的光学具有较好的观测数据,联合多波段数据对GRB 170519A分析得到:（1）基于BAT、X射线及光学观测联合谱分析得到,GRB170519A的X射线的第一个耀发（Flare 1）能谱能很好符合幂率（PL）模型,而第二个耀发（Flare 2）能很好符合PL+热成分模型（BB）;（2）基于GRB170519A的Flare2时间分辨谱得到得到热成分各向同性光度LBB和温度kT的关系LBB,（170-240:T）∝k 3.8±1.0,与光球层模型预言一致,X射线耀发中热辐射成分出现在晚期则表明与中心引擎再活动有关,X射线耀发Flare2及软γ射线脉冲为同一成分且都是由中心引擎再活动产生;（3）基于光球层模型,得到GRB170519A X射线耀发Flare 2中光球层的半径rph分布在（1.5～6.0）×1012 cm之间,光球层洛伦兹因子Γph分布在20-26之间;（4）GRB170519A的晚期X射线与光学余辉显示较好的同色行为,基于外激波模型得到Γ0～60,εe～0.014,εB～1.1×10-4,n～15,Ek,iso～9.0×1053 erg,θj～0.08rad,p～2.39。而其早期余辉存在磁能均分因子εB随时间演化的现象,即εB,t＜550s∝t-3.66±0.11及εB,550s＜t＜2000 s ∝t-0.47=±0.11,2千秒后εB为常数后与标准正向激波模型预言光变保持一致。GRB 190109A是一个非常特殊的长暴,通过对其瞬时辐射联合谱的系统研究以及余辉分析,主要结果有:（1）总时间积分谱和时间分辨谱分析结果得到,GRB 190109A瞬时辐射以热成份为主导,且热成分贯穿四个脉冲,黑体温度kT范围在24.7 keV至8.2 keV内变化;（2）在早期（Pulse I）得到流量F ∝kT-0.40（-4-20 s）和晚期（Pulse Ⅱ-Ⅳ）得到F ∝ kT3.33±0.76（20-120 s）。早晚期kT-F关系的偏离光球层模型,可能是对应Cocoon主导辐射转变为光球层主导辐射的过程;（3）本工作估算了光球层参数rph～1×1011-2×1012cm,火球的无量纲熵η～200-5000,光球层处洛伦兹因子Γph～40-500。对GRB 170519A和GRB 190109A的系统研究发现,以热成分主导瞬时辐射特征至少在部分伽玛暴中存在。在不同时标的热辐射成分可能对应着喷流和中心引擎的不同物理过程。产生热辐射的物理过程有Cocoon或喷流中的光球层辐射,这两种辐射机制可能有不同时期不同机制主导的过程。

关键词：伽玛暴热成分 X射线耀发余辉

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Fermi明亮长伽玛射线暴能谱特性研究

Fermi明亮长伽玛射线暴能谱特性研究

作者：王万凯贵州师范大学

学位级别：硕士

伽玛射线暴(Gamma-ray bursts,GRBs,伽玛暴)是宇宙中最剧烈的爆发现象之一。自伽玛暴被发现以来,人们对其理论及观测进行了广泛的研究。但是伽玛暴的中心引擎、喷流组成、能量耗散机理、辐射位置和辐射机制等物理问题还未确定。伽玛暴... 详细信息

伽玛射线暴(Gamma-ray bursts,GRBs,伽玛暴)是宇宙中最剧烈的爆发现象之一。自伽玛暴被发现以来,人们对其理论及观测进行了广泛的研究。但是伽玛暴的中心引擎、喷流组成、能量耗散机理、辐射位置和辐射机制等物理问题还未确定。伽玛暴的能谱分析为探索其辐射机制及能谱组成等提供了关键线索。为了研究长伽玛暴的能谱演化和时间分辨谱特性,基于Fermi/GBM观测的伽玛暴数据,对选择的78个明亮长伽玛暴组成的样本进行详细的时间分辨谱分析。此外,为了探索明亮多脉冲GRB 171010A的能谱成分和外流特性,对其进行能谱分析及外流参数的推导。在本研究中,对筛选的78个明亮长伽玛暴的能谱做时间分辨谱分析,共产生1490个分辨谱,使用典型的Band形状模型研究它们的性质。首先,得出了时间分辨谱参数分布,包括低能谱指数α、高能谱指数β、峰值能量Ep和能量流量F。其次,对α和Ep的演化模式进行了统计分析,发现Ep和α的演化都呈现出强度追踪模式比硬变软模式更常见,硬变软模式一般在单脉冲伽玛暴或者多脉冲伽玛暴的初始脉冲中。最后,我们发现F和Ep间有显著的正相关,一半样本F和α间具有正相关。我们讨论了不同辐射模型的谱演化,一种可能是在同一暴中不同演化模式需要使用多种辐射机制来解释,暗示伽玛暴的瞬时辐射可能涉及光球辐射和同步辐射机制。另一种可能是只需要一种辐射机制,但是需要考虑更复杂的物理细节。此外,对极其明亮的多脉冲长GRB 171010A的能谱进行了综合分析。能谱由Band函数叠加黑体函数(BB)的混合模型很好的拟合,非热成分(Band)占主导,热成分(BB)亚主导,时间分辨谱分析表明热成分显著存在主暴发阶段。时间分辨谱分析结果表明峰值能量Ep和温度kT随时间演化呈现强度追踪行为,参数关系Ep-F、Ep-kT和FBand-FBB有很强的正相关性。在火球模型的框架内推导了外流参数,洛伦兹因子Γ的时间演化表现出强度跟踪行为。混合谱模型支持GRB 171010A的辐射来源于两个辐射区域,辐射机制由光球处的光球辐射和更大半径处由于耗散机制产生的同步辐射组成。

关键词：伽玛射线暴瞬时辐射能谱分析谱演化热成分

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短伽马暴的能谱成分研究

短伽马暴的能谱成分研究

作者：赵鹏伟南昌大学

学位级别：硕士

伽马射线暴是宇宙空间中短时间内伽马射线突然增亮的一种现象,它的持续时间从几毫秒到几百秒都有,能量范围从千电子伏特(ke V)到太电子伏特(Te V)。近年来随着卫星观测能力的提高,越来越多的伽马暴被记录下来,如今几乎每天都会探测到伽... 详细信息

伽马射线暴是宇宙空间中短时间内伽马射线突然增亮的一种现象,它的持续时间从几毫秒到几百秒都有,能量范围从千电子伏特(ke V)到太电子伏特(Te V)。近年来随着卫星观测能力的提高,越来越多的伽马暴被记录下来,如今几乎每天都会探测到伽马暴事件。同时越来越多的伽马暴理论模型被提出,其中最受人们接受的模型是所谓的“火球”模型。目前观测上有很多不错的工作,这些工作对伽马暴观测数据进行了全面的统计,例如参数的分布,参数间的相关性等。尽管世界各地的天文学家做了如此多的研究,可是我们对于伽马暴的一些基本信息仍不明晰。伽马暴按照持续时间分为短暴和长暴两类,它们一般被认为产生自不同的前身星,对应不同的物理过程。由于长暴时间长,过程更复杂,相对而言短暴在短短两秒不到的时间内,光变和能谱没那么复杂。我本人对短伽马暴的光变和能谱数据进行了一些分析。本论文的结构如下:第一章简要介绍了伽马暴的基本信息,包括观测方面和理论方面,观测上分别从伽马暴的时域数据和频域数据上入手解释,理论上简要介绍目前比较认可的模型与辐射机制。第二章介绍了我们对9个亮短暴的分析,我们分别从光变曲线和能谱上分析了9个亮的短伽马暴。我们选择FRED函数来拟合伽马暴的每一个脉冲,得到了这些脉冲的上升时标和半峰全宽数据,并分析此数据得到了它们的相关性为:log(FWHM)=(-0.17±0.14)+(0.78±0.15)log(Trise),说明了这些不同的脉冲可能源于同一个爆发区域。对于伽马暴的能谱分析,我们选择了四个模型BAND,CPL,BAND+Blackbody和CPL+Blackbody拟合它们的能谱,得到了它们的谱参数,流量数据,数据在第二章的表格中给出,利用这些数据,我们计算得出它们的相关性为:log Epeak =(-1.40±0.31)+(1.11±0.12)log(k T)。最后我们综合伽马暴光变和能谱的分析,推测了热成分和非热成分可能的起源以及可能存在的辐射机制。第三章介绍的是我们另一个工作,在这个工作中我们详细分析了具有复杂光变的多脉冲短伽马暴GRB 170206A。我们尝试用各种可能的模型组合来拟合这个短暴的积分谱和分辨谱。在做分辨谱分析时,我们把伽马暴的T90时间分了6个时间间隔,而且在T90前后各选了一段时间,总共8个时间段。我们发现了这个暴中存在很强的热成分,且热成分的流量跟非热成分有很强的正相关性,除此之外,我们拟合得到的低能谱指数比同步辐射理论预言的要硬。最后我们根据拟合的数据猜测热成分可能来自光学厚的光球层,非热成分源于光球层上的高能光子的逆康普顿散射,这样较硬的低能谱指数就可以得到比较好的解释。

关键词：伽马射线暴引力波同步辐射热成分

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伽玛暴光球层辐射的光变和能谱研究

伽玛暴光球层辐射的光变和能谱研究

作者：汪凯广西大学

学位级别：硕士

本论文以概率光球层模型为基础,通过理论推导和数值模拟来研究伽玛暴喷流的光球层辐射。主要关注其光变和辐射能谱:一是研究光球层辐射光变和喷流动力学参数之间的关系,并以此探究喷流动力学信息;二是给出与理论光球层辐射谱相匹配的解... 详细信息

本论文以概率光球层模型为基础,通过理论推导和数值模拟来研究伽玛暴喷流的光球层辐射。主要关注其光变和辐射能谱:一是研究光球层辐射光变和喷流动力学参数之间的关系,并以此探究喷流动力学信息;二是给出与理论光球层辐射谱相匹配的解析辐射能谱。光球层辐射与喷流功率、无量纲化熵等动力学参数密切相关。通过研究光球层辐射的光变,可以一定程度上给出喷流动力学的相关信息。我们研究发现,光球层辐射的光变强烈依赖于喷流功率和无量纲化熵的涨落。当喷流仅有功率存在涨落时,光球层辐射将紧跟喷流功率的光变进行涨落,但其相对涨幅小于喷流功率的相对涨幅;当无量纲化熵也存在涨落时,光球层辐射紧跟喷流功率的光变进行涨落的模式将被破坏,表现出更加复杂的行为。此外,光球层辐射的光变在不同能段表现不同:存在一观测能段(取决于具体条件),其光变明显偏弱;低能段的光变可能与全能段的光变在相位上相反。依据这些研究结果我们对一些存在热辐射成分的伽玛暴进行了系统的分析和讨论。对于光球层辐射谱,以往的研究采取一个纯“黑体”谱(BB)或含有幂率温度分布的多色黑体(PL-m BB)谱来描述,并用以拟合观测数据。然而,我们发现基于概率光球层模型计算得到的光球层辐射谱并不能用这两种函数很好地描述。通过与光球层辐射的数值模拟结果对比,我们给出一个含有截断幂率温度分布的多色黑体谱(CPL-m BB)来描述理论上的光球层辐射谱。并基于此对观测数据进行拟合。拟合结果显示,CPL-m BB能够很好地描述真实的热辐射成分。根据拟合得到的一些观测量,如:热成分流量,特征温度等,可以推导出光球层半径和体洛伦兹因子等物理信息。此外,对-关系的分析显示,要与统计上∝关系相符,喷流功率和无量纲化熵之间应满足∝。

关键词：伽玛暴瞬时辐射热成分光球层