星风环境中伽马暴外激波余辉的研究

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一般认为,长时标伽马射线暴(简称长暴)起源于大质量恒星塌缩,相应的暴周环境可能为自由星风-激波化星风-激波化星际介质-星际介质。本论文研究此环境下的伽马暴外激波余辉,重点关注偏轴观测情景。通过理论推导,本工作首先给出了正轴和偏轴观测视角下,均匀喷流在自由星风和激波化星风中穿行时的外正向激波余辉解析解(即:fν∝tobs-ανobs-β,其中,fν为观测流量、tob s为观测时间、νo bs为观测频率)。研究发现:在喷流减速半径之后,激波化星风环境下的外激波余辉随时间幂律上升(α<0),且上升指数大于自由星风下相同能谱区间的光变上升指数;另外,自由星风环境下处于νm<ν<νc能区的光变为缓慢下降(α>0),其中,νm、νc分别是最小同步辐射频率和冷却频率。结合喷流拐折后的快速衰减,假若喷流在自由星风-激波化星风环境下,偏振观测者将观测到“缓慢上升/衰减-晚期鼓包-快速衰减”的光变行为,这类似于GRB 120326A的非常规晚期余辉。鉴于此,我们基于数值方法,给出了结构化喷流在自由星风-激波化星风环境中的外激波余辉,的确发现了缓慢上升/衰减紧接一个晚期鼓包的非常规余辉。同时,我们也发现若减速半径位于激波化星风,正轴观测者也可以观测到类似的光变行为,但喷流特征角度需足够小。基于理论结果,我们拟合了具有非常规晚期余辉鼓包的伽玛暴余辉GRBs 120326A、100901A、100814A、120404A,发现在自由星风-激波化星风中穿行的结构化喷流能够很好地解释这四个暴的奇特余辉,且GRB 120404A处于正轴观测、其它暴处于偏轴观测。考虑到大质量恒星星风可能是各向异性,本文还研究了结构化暴周环境对伽马暴余辉的影响。通过对均匀、高斯和幂律三种暴周环境下外激波余辉光变曲线的比较研究,我们发现:在偏轴观测视角下,结构化喷流在均匀和结构化暴周环境中光变的差异较为明显,余辉晚期衰减相对较缓。
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