伽马暴X射线余辉平台期的统计特性及物理机制

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伽马射线暴(简称伽马暴)是一种来自宇宙空间的伽马射线在短时间内突然增加又迅速减弱的现象。其持续时间从几毫秒到数千秒甚至上万秒,瞬时辐射各向同性能量高达1048-1055erg,是迄今为止宇宙中能够观测到的最强爆发。历经半个多世纪的数据观测和理论研究,其神秘面纱被逐步揭开,一个以火球-激波模型为主导的伽马暴理论框架已经构建并逐步完善,尤其是余辉模型的提出解释了伽马暴多波段余辉辐射。如今随着多波段多信使时代的来临,伽马暴的研究高潮迭起。本论文主要介绍了伽马暴的观测和理论进展以及X射线余辉平台期的统计特性和物理机制。第一章简要概述了伽马暴的研究现状,包括伽马暴的观测特征和理论模型。第二章主要介绍了X射线余辉光变曲线的特性、光变曲线的拟合模型以及一些特征物理量的计算方法。第三章详细介绍了 X射线余辉平台期的统计特性和物理机制。第四章总结了本文的主要结论及对未来研究的展望。本文系统地分析了Swift卫星从2004年12月到2021年3月探测到的所有具有X射线平台辐射的伽马暴,同时这些暴必须至少探测到3个明显的辐射阶段:快速衰减阶段、缓慢衰减阶段和后期衰减阶段。此研究挑选出204个符合要求的伽马暴作为研究样本,其中98个暴具有红移测量。利用复合幂率函数对所有的样本暴进行了拟合,得到了所有暴平台期的开始时间、持续时间、结束时间以及各自对应时间的流量、平台期的积分流量、光度和总能量。发现平台期的这些基本物理量大多都是对数正态分布的,还发现平台期开始/结束时的X射线光度与瞬时辐射伽马射线峰值光度/各向同性能量相关,也与相应的开始/结束时间和平台期总能量相关。平台期的X射线总能量与瞬时辐射伽马射线各向同性能量有很强的相关性,Eγ,iso∝EX,iso0.89±0.06。对于新的大样本,三参量L-T-E和L-T-L关系仍然存在。同时,平台期开始时的物理量也有类似的三参量关系,即LX,b∝Tb,z-1.58±0.11Eγ,iso0.83±0.05和LX,b∝Tb,z-1.69±0.16Lp0.49±0.06。另外,发现用平台期的总能量替代上述三参数关系中的各向同性辐射能或光度,得到了开始/结束时间、相应的光度和平台期总能量之间存在更加紧密的三参量关系,即:LX,b∝Tb,z-1.27±0.15EX,iso0.86±0.07,相关系数为r=0.92,LX,a∝Ta,z-1.14±0.06EX,iso0.75±0.05(r=0.95)。同时也发现平台期的总能量与其持续时间无关,但瞬时辐射各向同性能量与平台期的持续时间呈弱相关。平台期中间时刻的光度LX,m与Td,z、EX,iso之间存在很强的相关性:LX,m∝Td,z-0.69±0.06EX,iso1.00±0.05(r=0.93)。几个伽马暴的子类如短暴、内部平台暴都与普通暴有类似的统计特性。结果表明X射线余辉平台期的辐射与瞬时伽马射线辐射高度相关,支持伽马暴的中心引擎有长时间持续的再活动,也从另一方面佐证了能量注入模型对平台期的解释。
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